3A 算法之AE

AE

定义

自动曝光（AE） 是指相机自动调整曝光参数（如 快门速度、ISO 感光度、光圈大小），使图像亮度符合设定目标值，确保图像清晰可见。找到曝光参数的最佳组合，使画面既不过曝（细节丢失），也不过暗（细节不足）。

参数	描述	影响
快门速度（Shutter Speed）	控制 CMOS 传感器的曝光时间（如 1/60s、1/100s）	速度快：画面更暗，减少运动模糊；速度慢：画面更亮，但可能产生拖影
ISO 感光度	控制传感器的光敏度 sensor 增益（模拟增益+数字增益）（如 ISO100、ISO800）	ISO 高：更亮，但噪声增加；ISO 低：更暗，画面更干净
光圈大小（Aperture, f/值）	控制Iris进光量（如 f/2.8, f/8.0）	f 值小：进光量大，背景虚化明显；f 值大：进光量小，景深更大；（针对光圈可调节的模组）

主要组成部分

AE模块主要由ISP的AE统计信息模块 + 控制曝光策略的AE算法 两部分组成；AE统计信息主要是硬件模块，一般在lsc/wb之后，主要提供sensor 输入数据的亮度信息，包括亮度直方图和亮度区域统计值；

工作原理

1.光强测量：利用AE统计信息获取当前图像曝光情况；常用方法

• 全局测光（Average Metering）：对整个画面求平均亮度。容易造成曝光过度或者曝光不足的现象。
• 中心加权测光（Center-Weighted）：对画面中心区域权重更高，适用于人像拍摄。但对于亮度不均匀或反差太大的场合，容易造成曝光过度或者曝光不足的现象。
• 点测光（Spot Metering）：只关注画面某一点的亮度（如对焦点）。多点测光适合于拍摄风景、人像等静止不动的物体，不适合拍摄动体
• 分区测光（Multi-Zone Metering）：将画面分成多个区域，计算每个区域的亮度，结合 AI 进行曝光优化。

2.根据统计到的亮度计算AE Target，并确认图像亮度是否落在目标区间，如果超出，触发AE算法采取光圈/快门/增益优先之一的策略，对上面提到三要素根据差异大小按照AE Table 查表的步长对相机进行控制，作用于下一帧。

3.统计当前帧图像亮度信息，若欠曝，则增加曝光量，若过曝，则减小曝光量，得到新的AE Target ;

4.新的AE Target 分解得到一组新的曝光参数（不同sensor again、sensor dgain、isp dgain、光圈、快门速度的组合）；

5.继续重复开始步骤，直到图像亮度收敛到目标区间内;

注：我们以“18%中性灰”作为人眼可以接受的标准亮度；利用均值法可以得出AE TARGET；

注释：“18%” 指的是其反射可见光的能力，意味着它能反射18%的入射光线；
“中性灰” 表示它在RGB三个通道上的值基本相等（例如 RGB 118,118,118 或 LAB 空间中 a ≈ 0，b ≈ 0），因此无偏色；
在 sRGB 色彩空间 中，18%灰大致对应 RGB 值为 118,118,118（取决于 gamma 校正）；
在线性空间中，18%灰对应亮度值为 0.18。

它在视觉上看起来是中等亮度的灰色——不是白的，也不是黑的。
均值法要满足当前场景亮度的平均反射率等于“18%中性灰”的假设。来得出此时是曝光正确的；针对白色背景或黑色背景较多的场景，则不适用。
改进的方法是直方图法：先对当前图像进行直方图统计，再做直方图均衡化之后再用均值法曝光；

在自动曝光（AE）系统 中，AE Table（自动曝光表）用于存储一组预定义的曝光参数组合，以确保摄像头在不同光照条件下都能获得合适的曝光。AE Table（自动曝光表）每一行代表一个 EV（Exposure Value，EV由光圈（Aperture）、快门（Shutter）、ISO 感光度共同决定）对应的曝光组合；

参考链接：

https://blog.csdn.net/qq_35247586/article/details/124036520
https://zhuanlan.zhihu.com/p/36116026
http://www.360doc.com/content/23/1022/12/47115229_1101210351.shtml