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Raw域图像处理

Raw域图像处理:整个图像处理Pipline中,在Raw域图像处理一般是补偿硬件造成的原始图像缺陷,主要包括: 1.黑电平补偿(BlackLevelCorrection) 2.坏点矫正(Bad Point Correction) 3.暗角矫正(Lens Shading Correction) 4.Raw 域降噪(Raw Denoise)

一、Bayer RAW data 图像传感器通常将捕获的光源信号转换为数字信号的原始数据RGGB拜耳格式。

二、黑电平 定义: 图像中黑色的最低点,即0时图像数据对应的信号电平值。 原理: 由于ADC芯片的精度不能转换小电压,所以需要ADC添加固定的偏移量,以保留更多的暗细节。 sensor暗电流本身就存在,导致像素单位在没有光照的情况下也有一定的影响 电压输出,以及曝光时间和gain成正比,所以需要不同gain下减去不同 的BlackLevel。 pixel sensor边缘会有optical black,用于估计像素BL值。 矫正: 部分Sensor在内部集成BLC一般采用模块,但考虑到效率和成本ISP考虑到前面的节点进行矫正sensor输出的信噪比通常在输出数据时垫上基地pedestal,此时raw = sensor input -optical black level pedestal。BLC每个通道都需要矫正。对于16位的pixel,首先根据pixel位置和拜耳格式拜耳格式pixel是什么类型,是的R/Gr/Gb/B哪一种是四种类型,然后分别减去相应的类型black level值;减完black level之后,值域范围变为0~我们需要将3839映射回0~4095,因此,所有的pixel都乘上了一个global_gain值。 a)中值矫正 b)全局均值矫正 c)局部均值矫正

三、纠正坏点 由于传感器阵列工艺缺陷或光信号转换过程错误,图像上的一些像素信息错误,导致图像中的像素值不准确。这些有缺陷的像素是图像的缺点(Bad pixel)。

四、暗角矫正

首先检测图像中间亮度均匀的部分,认为不需要纠正,然后以此为中心计算周围区域需要补偿的因素(增益)。在实际项目中,镜头可以对准白色物体,检查图像周围是否有暗角。考虑到芯片设计的成本,整个图像储整个图像lut,目前主流是存储128*每个点的增益由双线插值计算pixel的增益。

五、shading

1.Lumashading: 由于Lens光学特性,Sensor图像区边缘区域的光强小于中心,导致中心和四角亮度不一致。 2.Color shading: 由于各种颜色的波长不同,透镜折射后折射角度不同,会造成color shading的现象。操作前依靠人工矫正处理过程。lens shading校正分别对bayer校正四个通道,每个通道的校正过程相对独立。将图像分为16x16方块,求取每个交点的增益值,拟合平面四次,分别计算lumashading 和chromshading,先计算一个lut用于存储,通过这个lut双线插值pixel值乘以原始像素点进行矫正。一般情况下rawG通道中心亮度8bit的70%~在80%之间,由于插值在不同的色温下,需要校正多个光源。一般来说,TL84、D65、A校正光源下。将得到的LUT写入RAM中即可。

六、噪声分类 放大器噪声(高斯噪声,Gaussian noise) 放大器噪声的标准模型是加性高斯噪声(Additive Gaussian Noise),约翰逊于每个像素,与信号强度无关,主要与信号强度无关(Johnson–Nyquistnoise,由热噪声引起的,包括来自电容器的复位噪声(kTC噪声)。用于蓝色通道的彩色数码相机放大率高于绿色或红色通道,因此蓝色通道中的噪音也较大。椒盐噪声(Salt-and-pepper noise)胖尾分布(Fat-tail distributed)或“冲击”(impulsive)有时噪音被称为盐和胡椒的噪音或尖峰(spike)噪声。这种噪声通常是由像素坏点、模数转换器错误和传输过程中的比特错误引起的。散粒噪声(Shot noise)在一个给定的曝光水平上所感应到的光子数量的变化,这种噪声被认为是光子散粒噪声。均方根的散粒噪声与图像强度成正比,不同像素的噪声独立。散粒噪声服从泊松分布(Poissondistribution),通常和高斯噪音没有太大区别。量化噪声(Quantization noise,uniform noise)从量化感知图像像素到离散数字量产生的噪声称为量化噪声;它大致是一致性分布,这取决于信号,尽管如果其他噪声源太大确适用于抖动,则与信号无关。非各向同性噪声(Non-isotropic noise)图像中会有明显的方向性的噪声源。例如,图像传感器有时会产生行噪声或列噪声。

七、噪声评价 信噪比(SNR, Signal Noise Ratio): 指电子设备或电子系统中信号与噪声的比例。图像质量评价指标,db降噪程度越高越好。 SNR高并不意味着真正的视觉噪音是好的,同样的SNR,视觉表现可能不同(Visual Noise)。 SNR这并不意味着图像质量好。中低频涂抹可能过度,中低频保留程度可通过枯叶图测试。 Raw 域降噪: Raw域降噪是整个成像过程的主要降噪节点。噪声不是简单的高斯噪声,而是与亮度相关的噪声。亮度越高,噪声越大Raw域降噪,可显著降低Demosaic结构性噪声。

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