成像基础6——相机模组中的绿不平衡问题

什么是绿不平衡？

绿不平衡属于 senor模组 的一种缺陷。
成因：一般是两个方面，一方面是半导体，另一方面就是micro lens的原因。
相机魔族的结构，从sensor角度来看，就是一行rg、rg，然后下一行是gb、gb。绿不平衡就是相邻的GR和GB像素在光照条件下的信号不相等。（如上图曲线所示，左图GR、GB曲线重合，是Green Balance的，右边是绿不平衡的）这种不相等会在照片中产生明显的纹理，如迷宫格，影响图片质量。

对图片的害处：

左边这个是。某个著名相机厂商出现的Green Balance问题，蓝天处会有这种很明显的这种纹理，本来蓝天应该是很平滑的，但是出现这种纹理。然后右边是一个低端的sensor拍出来的效果，在没做白平衡的时候，然后在flat field上面排出来的。可以看到，上面有横竖横竖的各种这样的纹理，我们一般把这种这种纹理叫做迷宫格。因为它像迷宫一样的上下左右这么拐来拐去的这样的。
总结：
1.Green Imbalance导致相邻像素在接收相同光线时信号强度不相等。
2.影响图像质量，产生蓝天处的纹理和迷宫格等明显瑕疵。

如何评价Green Imbalance?

1.Green Imbalance的分布不固定，不同相机可能有所不同。影响因素有光圈、焦距。
2.通过拍摄Flat Field图表并计算GRGB通道的差异来评估Green Imbalance的程度。

我们如何去？去评估一个camera，它本身这个sensor的呃green balance的程度呢？那我们就需要对着这个flat field的这种chart，这种透视式的chart拍一个照片，然后呢，得到一张这样的图，然后这张图本来它就应该是一个。呃，无色的白色的图。把这个图呢，把它raw图像那个计算出来，然后呢把四个元素通道gr gb。然后提取出来。呃，就可以通过下面这个公式，就等于说是把每一个相邻像素的gr-gb，然后这个就是green的imbalance程度。

然后把它对这个亮度做归一化。二分之一gr gb是指这个位置它的亮度。然后你把图像所有的这个像素都计算一遍，之后把它求和再求均值，那这时候就可以得出来一个整个图像它的green balance的程度，那当你在做这个camera sensor的选型的时候，你就可以利用。这种评价方法，然后去取决去决定说呃哪一个sensor你你觉得性能更好一些。

Green Imbalance 的静态校正

green balance的修正：一般是有两种方式，第一种方式叫做静态修正。比较常用的呢，这种叫这个动态矫正。

静态纠正就是你需要首先拍一个刚才我说的那种flag cube的图，然后从左到右从上到下，从中心到边缘去plot出来，这个嗯green balance的这个曲线。你会发现一个规律，就对这个图像而言，它在光心的位置，它的green balance是非常非常小的，然后往边缘去，沿着轴向，它会增加。所以你就可以做出来一个从中心到边缘去修正的这么一条校准的曲线，那在这个。呃。sensor图像就像shedding一样，你可以把这个sensor图像通过这个读出来之后，然后到这个green balance这一步，然后呢根据这个。每个像素到中心的距离，然后根据你这个correction的ratio，然后去把这个gr跟GB呃校整到同一个水平上去。就是叫做这个静态校正。

动态校正呢，就是跟有点类似一个filter。然后g0是我现在当前要要处理的这个像素，我处理这个像素的时候，我要参考它周围的四个都是g通道的像素。然后去得出来这个g0应该是一个什么样的数值。
把它调整到一个什么样的数值。你要先去把这个g0跟gi去做差取，绝对值算出来，它俩的差值diff。那它这个diff如果大于，这里边写的是一百二十八分之十七，这里就是大于g0的百分比的时候，那就认为这个差值很大。g0跟这个gi它两个。并不是说应该相等，它两个也就是一个图像的边缘。

g0应该是跟gs是有一个很大的区别。你要把这个最终。算出来的呃。这个gi就是一二三四，每个都算一遍嘛，如果比如说g1的话g1-g0大于这个diff大于这个，那就给g1的权重就是乘零，然后以此类推，我们算g2跟g0之间的差距，然后g3跟g4。跟g0差值，根据这个差值的大小去做一个查找表，然后决定说我这个g0到底是。根据自己加上周围这几个像素的权重，得出它最后的这个校正的数值。这是就是比较常用的一种动态校正的方法，当然还有别的方法去做动态校正。呃，一般的来讲，在现在的嗯。it开发里面呃，很多都不再去做这个green balance的校正了。呃，在一些中低端的这个机器里边。呃，就是中心端的ISP里面也都没有这个功能，如果是希望你如果你希望如果在这个green balance方面。这个系统有好的camera，有好的性能的话呃，第一要去约束这个你的供应商，让他提供的sensor的性能要好。第二，如果你为了防止这个这个产品差异，这个sensor的差异性大的时候，那你可以就选择这个ISP有有这个green balance动态校正的这个ISP。这样的话，你可以使用这类似的这种动态校正的方法去把这个sensor的green balance去校准回来。那这可以看到，就是校正之前的上面会有小格子，就是gr gb的这个不平衡。调整之后就大家都是一样的，磨平了。