技术标签: 计算机视觉 图像处理 android camera tuning
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AE(auto exposure),即自动曝光,AE是3A算法的一种,是相机根据外界光线的强弱自动调整曝光量和增益,防止曝光过度或者不足的一种机制。AE也是整个调试模块比较重要的一个模块,常常会与其他模块发生关联。一个调试的比较好的模组,必然是建立在比较好的自动曝光上的。之前一直有个误区,就是AE是控制亮度的,这个其实是不严谨的说法,自动曝光的影响因素主要是ISO(感光度)、光圈大小、曝光时间,只是最终结果体现在亮度层面上,还有其他因素也会影响亮度如:gamma、全局映射、每一帧HDR等。
ISO(感光度):即增益,表示相机感光元件对光的敏感程度,ISO数值越高表示感光能力越强。增加ISO会使得图像变亮,噪点变多。
光圈:控制瞬时进光量。
曝光时间:感光芯片采样时间。曝光时间过短会使得图像噪点过多;曝光时间过长会产生运动模糊,拍照模糊或拖影的情况。
AE统计模块也是硬件模块,需要很强的运算能力,一般在LSC/WB之后,需要统计的信息主要包括亮度直方图、亮度区域统计值、当前亮度和环境亮度等等。
在AE算法模块主要是根据统计模块统计的信息进行下一步操作,进行实时计算,然后配置新的曝光参数写给Sensor。
曝光标准:以“18%中性灰”作为人眼可以接受的标准亮度;也就是MCC卡的第22格,关于这里可以看后面的参考链接。
常常采用均值法计算AE target,但是当背景为全黑或全白时会出现误差,为了减少这种误差就会先做直方图均衡化,提升图像细节和对比度,后面再去做均值法曝光计算AE target。
当前帧的亮度与target Y比较时,注意这里当前帧的亮度与target Y都不应该以最终的成像效果来判断,因为在整个处理过程中,自动曝光后面还会经过如GTM、gamma等都会显著改变图像的亮度。
AE的算法要求要保证快、准、稳,即要很快的能收敛到target附近,而且亮度要准确,收敛过程要平滑,收敛完成后要稳定。
影响AE算法的因素:图片亮度的统计,AE target,AE table,收敛速度控制。
实际操作中调节的因素有:调节曝光时间、调节光圈大小、调节Sensor的ISO感光度。
--- AE的输入为当前影像的亮度值Y,输出为sensor的曝光时间和增益,isp增益和镜头光圈(如果镜头光圈可调)。当AE algorithm得到当前帧的亮度后,便会与target Y做比较,然后计算出下一次需要调整的参数,以便让影像的亮度越来越接近target Y,如下所示。
在自动曝光过程中,影响曝光的是ISO、光圈、曝光时间,在手机等一般设备上光圈值一般为固定的,所以主要调节ISO和曝光时间来控制曝光量。在曝光表中,每个曝光量都有一组ISO与曝光时间的组合,tuning 过程中要根据不同特征场景使用不同的曝光参数。
1.高亮情况下,就不宜通过加大增益来提高亮度,这会带来噪声,而是通过加大曝光时间;
2.低亮场景下,提高曝光时间就会带来运动模糊,需要加大增益来提高亮度;
工频干扰:cmos sensor的曝光方式是按行进行的,在日光灯下,日光灯是交流电工作,每一刻能量都不相同,从而导致每一刻的曝光接受的能量不相同产生的flicker。要消除flicker, 只有曝光时间=光源周期的整数倍的时候,保证每个像素吸收的光能是稳定的。
去除50Hz工频干扰:
One Line Exposure time = (1/PCLK)*(OneLinePixeNumber + DummyPixeNumber);
Exposure Line = (1/100)/(One Line Exposure time);
目标亮度有多种选择,根据不同的场景,目标亮度会有所不同,这也是平台差异比较大的地方,高端平台针对大部分场景都有特定的目标机制,例如夜景、平坦区、高光区域、背光区域等等。
AE target:即ISP希望sensor输出的图片达到的亮度,对于第一次进相机,ISP检测到当前帧的亮度cur_luna低于目标亮度target_luma,就会增大exp_index获取新的gain&line_count进行重新曝光,直到cur_luma和target_luma相当。记住这里是sensor输出的图片,而不是最终效果图片。
对于没有人物的场景,AE算法会平衡整体图片的亮度,但是当画面中人物占主体时,如果不做特别处理,当人物处于逆光场景时,人脸会会很暗,当人物处于暗环境时,人脸又会过曝。这对人物占主体的场景而言,是非常不合适的,因此,当检测到人脸时,需要有特别的AE算法。face AE,当场景中检测到人脸时,会额外计算出人脸区域内的 face_luma,根据一定比例与 cur_luma 混合得到 final_luma,再将 final_luma 作为帧亮度与 AE Target 进行比较。
人脸场景需要考虑的问题点:
参考链接:
AE 基本原理总结_一只特立独行的zhu..的博客-程序员宅基地_ae算法原理
小白入门isp之AE_云-天河的博客-程序员宅基地_ae收敛
[Camera]摄像头图像处理及色彩模型_Letcos的博客-程序员宅基地_摄像头图像处理
Qualcomm luma的理解_Realive1991的博客-程序员宅基地_亮度luma
AE调试问题链接:
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