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wzjs 2025/7/22 20:40:41

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黑电平校正（Black Level Correction, BLC）算法

黑电平校正（BLC）是图像传感器（如CMOS/CCD）信号处理中的一个重要步骤，主要用于消除传感器暗电流（Dark Current）导致的基线偏移，确保图像的暗区（无光照射时）输出值为0或设定的目标值。

1. 黑电平的产生原因

暗电流（Dark Current）：即使在没有光照时，传感器像素也会因热噪声产生微小电流，导致输出信号不为0。
制造工艺偏差：不同像素的暗电流可能不一致，导致固定模式噪声（FPN）。
模拟电路偏移：ADC（模数转换器）或模拟信号链可能存在直流偏移。

2. 黑电平校正的基本原理

黑电平校正的目标是测量并减去传感器的暗电平（Black Level），使无光时的像素输出归零或达到预设值。

校正步骤：

测量黑电平（Black Level Measurement）
- 在完全遮光（或关闭光源）的情况下，读取传感器的原始输出（通常取多帧平均以减少噪声）。
- 计算所有像素或特定光学黑区（Optical Black, OB区）的平均值，作为黑电平估计值（(BL)）。
校正计算（Correction Calculation）
- 对每个像素的原始数据 (P_{raw}) 进行校正：
  [
  P_{corrected} = P_{raw} - BL
  ]
- 如果黑电平存在空间不均匀性（如列/行FPN），可能需要采用分段校正或像素级校正。
钳位处理（Clamping）
- 校正后可能出现负值（由于噪声），通常需要钳位到最小允许值（如0）：
  [
  P_{final} = \max(P_{corrected}, 0)
  ]

3. 黑电平校正的硬件实现（FPGA/ASIC）

在硬件（如FPGA）中，黑电平校正通常采用以下方式实现：

(1) 光学黑区（OB Pixel）法

传感器通常会在成像区外设置光学黑像素（OB Pixels），这些像素被遮光，仅反映暗电流。
计算OB区的平均值作为 (BL)，然后对所有有效像素进行减法校正。

(2) 固定值校正

如果黑电平较稳定，可直接使用预存的校准值（如通过实验室标定获得）。

(3) 动态黑电平估计（适用于变化环境）

在视频流中，可动态计算每帧的OB区均值，适应温度或曝光时间的变化。

Verilog示例（简化版）

module black_level_correction (input [11:0] pixel_in,     // 12-bit 原始像素input [11:0] black_level,  // 预计算的黑电平值output [11:0] pixel_out    // 校正后像素
);// 黑电平校正（减法）assign pixel_out = (pixel_in >= black_level) ? (pixel_in - black_level) : 0;
endmodule