AE （1）_软件、硬件、驱动控制

#灵感# AE是个值得推敲再推敲的模块，有意思。

目录

相关的硬件-光圈：

相关的软件-曝光-ISO：

ISP中的sensor AE 组成：

sensor AE的流程及控制：

相关的硬件-光圈：

光圈（F-Number）光圈（相对孔径），光圈是镜头里控制光线进量的装置。

F=f/D，f为焦距，D为通光孔直径。焦距相等， F 越小表示通光孔径越大。

F数以 √2 倍增长，F数每增加一档，通光量减少一半。

光圈除了控制光线进量外，还与景深相关。在其他因素相同的条件下，光圈越小景深越大，光圈越大，景深就越小。

光圈变化对亮度影响：

相关的软件-曝光-ISO：

sensor的曝光时间（快门时间）指的是sensor的感光时间。曝光（快门）时间越长，图像就越亮。

当延长快门时间，仍然达不到期望的亮度，就需要调节sensor的感光度（ISO）。

CMOS sensor的感光度就是它的增益（gain）。增益是用模拟或数字的方法进行放大，不可避免的会放大噪声。ISO 用100、200等表示，通常100=1倍的增益，200表示2倍的增益。

光圈、曝光（快门）、ISO 的组合结果是乘积倍数关系。达到同样的亮度，光圈小一倍，曝光时间就需要增加一倍，或者 ISO增加一倍。

扩展阅读链接：如何理解 ISO、快门、光圈、曝光这几个概念？ - 知乎 (zhihu.com)

ISP中的sensor AE 组成：

 因为多数中低端项目（手机、车载、监控等）的光圈是固定的，所以想调整拍摄的画面亮度，只能依赖曝光时间和增益的配合。

sensor 的AE （auto exposure）调节分为两部分：

AEC(auto exposure control) 调节曝光时间；

AGC（auto gain control） 调节增益值。

sensor本身没有 auto功能的，需要通过后端平台实现 。在整个 AEC/AGC过程中，以图像过暗的情况为例，调整策略为曝光时间优先（此时增益关闭），曝光时间已经最长无法继续调整时，开启并调整增益。

需要明确指出的是，仅曝光时间加大，噪声并不会明显增加，有助于提升图像信噪比。而增益开启，将直接导致平均噪声呈倍数放大；

调整AGC时，一般情况下 优先调节模拟gain值 ，模拟 gain调节到上限时， 如果要继续增大图像亮度，可以调节数字 gain值。

以上段落文字参考：

自动曝光AEC和自动增益AGC控制 - 简书 (jianshu.com)

sensor AE的流程及控制：

AE分为算法模块和统计模块，统计模块是和硬件相关的，包含在 ISP pipeline 里，这部分通常需要强大的算力，吐出亮度直方图，亮度区域统计值，当前亮度，环境亮度。算法模块，即我们需要调试的模块，这部分的参数由isp调试传入，依据前面的AE统计值进行运算后决定AE行为。如果需要进行AE收敛，则设置sensor内部shutter 和gain 或者ISP gain。

AE 算法模块计算出合适的shutter和gain 通过驱动接口，下到sensor寄存器中。

驱动中AE的控制：

1>、首先配置曝光时间

根据 sensor datasheet 配置好最大最小积分时间（integration_time，以行为单位，通常也称为曝光行，minLineCnt、maxLineCnt, 或写作exposure_line等）。可以从sensor手册获得此值，以及生效的寄存器地址。

AE 算法模块计算出合适的shutter，在寄存器地址，写入index 对应的exposure time值。

范围：min_integration_time(有时候=1) <= integration_times <= VTS - frame_offset（frame_offset是指最小的dummy_line，或者写为VB_min.[dummy_line=用来填充V_Blank的行，这个也可以从sensor datesheet中获得]）我恨！为啥不统一命名。

VTS = frame_length = V_Size + V_Blank  // 帧长; 

fps = pclk/(VTS * HTS) = pclk/(frame_length*line_length) = 1 / (frame_length * line_time)

不占用曝光时间，即可以通过调节V_Blank，调节帧长，从而改变帧率，但不会改变画面的亮度（曝光）。一般情况下，帧率可以由sensor供应商的FAE 提供配置。

2>、配置sensor 模拟增益、数字增益

一般我们只需配置 sensor 模拟增益（maxAnalogGain、minAnalogGain可以查sensor datasheet 或者找FAE 获得此值），不用特别配置数字增益。（很多时候在暗环境为了达到合适的信噪比，sensor 的模拟增益并不会用到最大值，所以也用不上数字增益。）但有时候会用到isp 数字增益，它是 AE 算法控制的，不用在 sensor 驱动中去配置。

sensor 模拟增益的控制，一种是写入 sensor Again 寄存器的值。sensor datasheet 会有一个 Again_table，配置好平台与 Sensor 的匹配精度（几倍增益对应写入哪个寄存器）。

AE 算法模块计算出合适的gain后 ，驱动通过查 Again_table 写入寄存器regValTable 生效。

3>、验证AE 生效：

通过调试工具手动写入积分时间、模拟增益，观察画面亮度变化。并通过读 sensor 相应的寄存器地址，根据读出的值来判断曝光数据是否正确写入，以此来检查驱动中的相关配置是否正确。

生效帧：曝光时间及增益若在第 N 帧写入，则第 N+2 帧生效。

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_25109183/article/details/107179744

此段参考：​​​​​​【精选】Sensor 调试流程_sensor模拟增益和数字增益-CSDN博客