AWB 校准流程：标准光源箱、灰卡/色卡拍摄规范与 RAW 图采集要求

自动白平衡（AWB）校准是 ISP 调优流程中的基石环节，其核心目标是在不同色温光源下，使相机输出的中性色（灰、白）在色度图上准确落在普朗克轨迹附近。本章节详细阐述标准光源箱的使用方法、灰卡与色卡的拍摄规范，以及 RAW 图采集的硬性要求，确保校准数据的可重复性与准确性。

2.1 标准光源箱与光源选择

标准光源箱为 AWB 校准提供稳定、均匀、可复现的光谱环境。常见标准光源及其色温与用途如下表所示：

2.2 灰卡与色卡拍摄规范

灰卡用于提取场景中性点，色卡用于评估全色域还原精度。拍摄规范直接影响 AWB 增益矩阵的拟合质量。

2.2.1 灰卡拍摄规范

• 灰卡选择：使用经过认证的反射式灰卡（如 X-Rite 灰卡，反射率 18%），表面均匀无污损。
• 放置位置：灰卡置于光源箱中心区域，与相机焦平面平行，灰卡面积至少占画面 60%。
• 曝光控制：使用相机手动模式（M档），设置 ISO 为原生最低值（通常 ISO 100），光圈 f/5.6 至 f/8，快门速度调整至灰卡区域直方图峰值位于 70% ~ 80% 亮度范围（避免过曝或欠曝）。
• 对焦设置：关闭自动对焦，手动对焦至灰卡表面纹理清晰（或使用 MF 模式锁定）。

2.2.2 色卡拍摄规范

• 色卡类型：推荐使用 X-Rite ColorChecker Classic（24 色）或 Digital SG（140 色），用于后续全色域 AWB 矩阵标定。
• 拍摄角度：色卡平面与相机光轴垂直，避免倾斜导致色块间相互反射。
• 覆盖范围：色卡应充满画面视场的 70% 以上，确保每个色块至少占据 50×50 像素区域。
• 光源切换：每更换一次光源（D65 → D50 → A → Horizon），需重新放置灰卡和色卡，并等待光源稳定后再拍摄。

2.3 RAW 图采集要求

RAW 图保留了传感器最原始的 Bayer 数据，未经 ISP 管线中的白平衡、去马赛克、伽马校正等处理，是 AWB 校准的唯一有效输入。采集要求如下：

2.4 数据组织与命名规范

为便于自动化脚本处理，建议按以下目录结构组织采集数据：

./AWB_Calibration_Data/
├── D65/
│   ├── GrayCard_01.dng
│   ├── GrayCard_02.dng
│   ├── GrayCard_03.dng
│   ├── ColorChecker_01.dng
│   ├── ColorChecker_02.dng
│   └── ColorChecker_03.dng
├── D50/
│   └── ...
├── A/
│   └── ...
└── Horizon/
    └── ...

文件名建议包含光源标识、拍摄序号、卡片类型，避免使用中文或特殊字符。同时维护一份 CSV 元数据表，记录每帧的曝光时间、ISO、光源色温、镜头焦距等信息。

2.5 常见问题与避坑指南

• 光源箱老化：荧光灯管或 LED 光源随使用时间增加光谱会漂移，建议每 6 个月使用光谱辐射计重新标定光源箱色温。
• 灰卡污染：手指油脂或灰尘会改变灰卡反射率，使用前用无尘布蘸无水乙醇轻轻擦拭，晾干后再使用。
• RAW 图位深不足：部分相机在“电子前帘”或“静音快门”模式下可能输出 12-bit 而非 14-bit，需在相机菜单中确认位深设置。
• 环境杂散光：光源箱门未完全闭合或观察窗漏光，会导致色温测量偏差。拍摄时应在暗室中进行，关闭所有环境照明。