[Camera]Tuning简介

参考：
1.烫手的洋芋 https://www.zhihu.com/question/24406900/answer/42875785
2.酒杯怎么空了 https://blog.csdn.net/xiaoyouck?t=1

概述

影响camera最终效果有以下几个方面：
1、硬件
image sensor：供应商有Sony、OV、Samsung等，决定摄像头的像素、感光能力等；
镜头：决定摄像头的光圈、解析度；
ISP：决定数据处理速度，会对帧率有影响；
2、算法
由AP供应商提供，一般的手机公司不会动；
3、Tuning
修改算法的参数，让画质达到最优。

选定了硬件之后，能提升画质的工作就只有tuning了，通过不断的权衡tuning参数，让camera在主观效果和客观效果方面都有较好的表现，tuning的工作就完成了。

Tuning

Black Level Calibration

黑电平（Black Level Correction）也就是黑色的最低点，以8bit数据来说，指在经过一定校准的显示装置上，没有一行光亮输出的视频信号电平。定义图像数据为0时对应的信号电平。

校正原因

那么为什么要进行黑电平校正呢？原因如下：

• CMOS传感器采集的信息经过一系列转换生成原始RAW格式数据。以8bit数据为例，单个pixel的有效值是0~255，但是实际AD芯片（模数转换芯片）的精度可能无法将电压值很小的一部分转换出来，因此，sensor厂家一般会在AD的输入之前加上一个固定的偏移量，使输出的pixel value在5（非固定）~255之间，目的是为了让暗部的细节完全保留，当然同时也会损失一些亮部细节，由于对于图像来说，我们的关注度更倾向于暗部区域，ISP后面会有很多增益模块（LSC、AWB、Gamma等），因此亮区的一点点损失是可以接受的。
• sensor的电路本身会存在暗电流，导致在没有光线照射的时候，像素单位也有一定的输出电压，暗电流这个东西跟曝光时间和gain都有关系，不同的位置也是不一样的。因此在gain增大的时候，电路的增益增大，暗电流也会增强，因此很多ISP会选择在不同gain下减去不同的bl的值。

校正

​ 现在的主流cmos sensor都是自己把black level已经处理完了。在isp部分减掉的其实不是black level，而是sensor统一做出来的pedestal。sensor端不会将bl减完，因为sensor输出不能为负数，若将bl减完，就等于小于0的部分直接就丢掉了，这样做会改变noise的分布。

算法

一般BLC模块会放在ISP比较靠前的位置，因为我们希望图像在进入其他模块之前能够还原最为真实的图像。有些sensor会在sensor内部集成BLC的模块，那么此时ISP里的BLC模块只做微调即可。

由于硬件设计人员在设计BLC模块时需要考虑效果和成本，因此目前市场上使用的ISP一般采用的方法是在sensor输出的图像上减去一个数值。

BLC各个通道均需要校正，目前比较常用的方法有：

• 中值
• 全局均值
• 局部均值
• 自定义

Lens Shade Calibration

简介

镜头阴影校正（Lens Shading Correction）是为了解决由于lens的光学特性，由于镜头对于光学折射不均匀导致的镜头周围出现阴影的情况。

shading可以细分为luma shading和color shading：

• luma shading：
  由于Lens的光学特性，Sensor影像区的边缘区域接收的光强比中心小，所造成的中心和四角亮度不一致的现象。镜头本身就是一个凸透镜，由于凸透镜原理，中心的感光必然比周边多。

• chrom/color shading：
  由于各种颜色的波长不同，经过了透镜的折射，折射的角度也不一样，因此会造成color shading的现象，这也是为什么太阳光经过三棱镜可以呈现彩虹的效果。

此外，还有CRA的原因会导致shading现象的出现。

校正

lens shading的校正是分别对于bayer的四个通道进行校正，每个通道的校正过程是相对独立的过程。

考虑到芯片设计的成本，因此一般情况下不会存储整幅图像的lut，目前主流的都是存储128*128个点的增益，利用双线性插值的方法计算每个pixel的增益。

算法

• 网格校正
• 最小模型建模

Color Calibration

拍摄color checker24色板，将相机拍摄图片值与色板标准值之间进行对比（RGB颜色空间），得出一组能将拍摄值校正到最接近标准值的3x3矩阵。通过这个矩阵对所有相机拍摄的图片进行颜色校正

Noise Calibration

去噪。采用特定的LPF（Low Pass Filter）对图片进行滤波，滤除图像的噪声成分，而Bilateral filtering即双边滤波器，它是一种保护边缘的平滑滤波器，这样既可以滤除噪声，edge又可以保留下来。

总结

​ 上面只是列举了很少一部分的tuning项，实际上有非常多的tuning项目。camera tuning是由专门的tuning工程师来调试的。下图是一张tuning 工程师大概需要掌握的知识和技能。

​ 作为android驱动或者系统工程师，只需要大概了解这些校正项的成因，现象就可以了。这样在调试摄像头出现问题时有助于我们快速定位属于那一类问题，并了解大致的原因和解决方法。

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