ISP-黑電平校正(BLC)

2020-11-10 linux內核

概述

介紹

黑電平（Black Level Correction）也就是黑色的最低點，以8bit數據來說，指在經過一定校準的顯示裝置上，沒有一行光亮輸出的視頻信號電平。定義圖像數據為0時對應的信號電平。

原因

那麼為什麼要進行黑電平校正呢？原因如下：

  1. CMOS傳感器採集的信息經過一系列轉換生成原始RAW格式數據。以8bit數據為例，單個pixel的有效值是0~255，但是實際AD晶片（模數轉換晶片）的精度可能無法將電壓值很小的一部分轉換出來，因此，sensor廠家一般會在AD的輸入之前加上一個固定的偏移量，使輸出的pixel value在5（非固定）~255之間，目的是為了讓暗部的細節完全保留，當然同時也會損失一些亮部細節，由於對於圖像來說，我們的關注度更傾向於暗部區域，ISP後面會有很多增益模塊（LSC、AWB、Gamma等），因此亮區的一點點損失是可以接受的。
  2. sensor的電路本身會存在暗電流，導致在沒有光線照射的時候，像素單位也有一定的輸出電壓，暗電流這個東西跟曝光時間和gain都有關係，不同的位置也是不一樣的。因此在gain增大的時候，電路的增益增大，暗電流也會增強，因此很多ISP會選擇在不同gain下減去不同的bl的值。

Optical Black

每個sensor都有OB區域，CCD sensor初期成像效果較差，它會把top OB 和 side OB暴露給isp使用，這樣isp可以自己估算不同區域不同的black level值，再分別處理。然而ob並不能真實的反映黑電平的值，因此目前很少有ISP或sensor去使用ob區域進行計算。

校正

現在的主流cmos sensor都是自己把black level已經處理完了。在isp部分減掉的其實不是black level，而是sensor統一做出來的pedestal。sensor端不會將bl減完，因為sensor輸出不能為負數，若將bl減完，就等於小於0的部分直接就丟掉了，這樣做會改變noise的分布。

算法

一般BLC模塊會放在ISP比較靠前的位置，因為我們希望圖像在進入其他模塊之前能夠還原最為真實的圖像。有些sensor會在sensor內部集成BLC的模塊，那麼此時ISP裡的BLC模塊只做微調即可。

由於硬體設計人員在設計BLC模塊時需要考慮效果和成本，因此目前市場上使用的ISP一般採用的方法是在sensor輸出的圖像上減去一個數值。

BLC各個通道均需要校正，目前比較常用的方法有：

  • 中值
  • 全局均值
  • 局部均值
  • 自定義

計算較為簡單，這裡不附代碼了。

tuning

由於電源、PCB等各個原因，我們遇到的黑平衡並不是那麼理想，如下兩種情況，當然還有更糟的，這裡不一一列舉。

校正前需要根據圖像的具體情況進行分析，若圖像平面趨於平整，則推薦使用全幀均值；若圖像出現一些峰值，有明顯突出山峰等，推薦使用中值的方法；若出現某個角的值比較高，可能由於電源或者其他的原因引起的，則推薦使用局部計算的方法；此外，還有自定義、最大值等方法，需要根據不同圖像的情況去選擇方法，終其目的都是一樣的。

以單通道為例，以下是黑電平校正的示意圖：

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