ISP–Black Level Correction(黑电平矫正)

在上一篇文章中，我们已经知道了Sensor的构造，Sensor的成像原理。但是从光信号转换为图像，其中还有许多的工作，OBC就是其中之一。

在之前的文章中，我们已经知道了，每一个像素点都是由一个光电二极管控制的，由二极管将电信号，转换为数字信号。

那么，我们知道了，图像的像素值是与电信号强度相关的。但是，我们得知道，每一个光电二极管要想工作，都得有一定的电压。这就是的，即使在外部没有光线照射的时候，Sensor也会有一定的电压。

那这不就会在成像时叠加到电信号中，影响成像了吗？

这可不兴加啊，宝友！

这就是Optical Black Correct(OBC)存在的意义。

OBC 指的是光学暗区矫正，是在成像时，将一部分暗电流减去，这部分电流也称之为黑电平。

那么，要如何获取黑电平的数值呢？

如上图所示，Sensor上预留了一些完全没有曝光的像素，通过读取这些像素值的大小，可以实时得到optical black level，此时sensor的输出RAW = Sensor input – optical black level 。

尽管这些black lines已经充分考虑到了不同column的OB不同，但因为在sensor边缘的black lines会受到PCB layout、电源纹波、模组结构设计等等因素的影响，故此时OB扣除的还是可能不准确，导致部分相机厂商不使用这个功能，但是在安防类或车载类摄像头上，部分厂商还是使能了OBC功能的。

然后考虑到sensor输出的信噪比，所以一般Sensor在输出数据时又会垫上一个基底（pedestal），此时sensor的RAW = sensor input – optical black level + pedestal。对于芯片处理来说，一般拿到的就是这个数据，此时需要在ISP处理流程的起始部分减去这个基底。在芯片内部一般叫做BLC，即Black Level Correct（黑电平校正）。

Again与OB分布

单纯的从Again上，OB的分布满足如下规律：

随着增益的增加，OB的均值可能不变，但是方差会变大。主要是因为sensor内OB扣除是在Again之后做的，所以随着Again的增加，噪声的影响增大，导致了OB的方差增加。

这个时候如果还是按照OB的均值扣除，画面暗处就有可能出现偏色的问题。例如下图所示：

可以看到右图在强行提亮后，暗处出现了很严重的偏紫问题。主要是因为OB方差的变大，如果ISP再按照OB平均值扣除，那么就可能会有较多的黑电平残留，受白平衡（Rgain、Bgain）的影响，故画面暗处会偏紫。

此时的解决方法为：

               1.多扣一点OB，缺点为破坏了噪声形态会引入较多噪点。

               2.分通道扣除OB，缺点为偏色的情况会受环境色温影响。

而且OB还会随着温度的变化而发生变化，如果OB的扣除没有跟随温度变化的话，也会出现偏色问题。

而且OB扣除可以在成RAW域前或后两个时间节点进行，而这也各有优缺点：

               1、OB在成RAW域图像之前扣除清晰度更优

               1、OB在成RAW域图像之后扣除则噪声更优

在ISP处理中，OB一般为第一个模块，当然也可以放在RAW域去噪之后。

最简单扣除OB的方法是减去均值，然后再对G通道做线性拉伸，举例来说就是Goutput = Ginput*255/(255-Black Level)。做线性拉伸的原因是扣除OB后RGB通道均不饱和，而R、B通道因为白平衡增益（Rgain、Bgain）的存在可以达到饱和，Ggain的增益一般为1，这样在画面接近过曝的地方就会偏紫。

除了减去均值，还可以使用最大值、中值、局部均值等等方法扣除OB。

此外，因为OB跟增益相关，故可以根据不同的增益扣除不同的OB。

今天为什么想聊一聊OB，主要是因为在工作中，夜景算法遇到了暗处提亮偏紫的问题，得知OB扣除的问题与偏色有着很大的关系，所以想聊一下，也记录一下。感谢大佬给我开的小灶~

欢迎关注我的个人公众号【图像处理这些事】，这里有更多好康的喔~