自动曝光（AE）基础：曝光三角、亮度直方图与目标亮度设定
自动曝光，说白了就是让摄像头自己决定「吃多少光」。
我刚开始做摄像头驱动时，总觉得AE不就是调调曝光时间嘛。直到有一次在户外强光下，画面直接过曝成一片白板，我才意识到——曝光这事儿，远没那么简单。
曝光三角：光圈、快门、ISO
这三个参数共同决定了传感器最终接收到多少光。你想想看，它们就像水龙头：
- 光圈（Aperture）：水管粗细。越大进光越多，但景深变浅。
- 快门（Shutter Speed）：开水时间。越长进光越多，但运动物体会模糊。
- ISO：水压泵。增益越高信号越强，但噪声也跟着放大。
我在项目中遇到过最典型的坑：为了压低ISO，把快门拉到1/30s以下。结果画面倒是亮了，但手一抖全是拖影。嗯，这里要注意——曝光三角不是独立调节的，它们必须协同工作。
| 参数 | 增大效果 | 减小效果 | 典型范围（手机摄像头） |
|---|---|---|---|
| 光圈 | 进光↑，景深↓ | 进光↓，景深↑ | f/1.4 ~ f/16 |
| 快门 | 进光↑，运动模糊↑ | 进光↓，运动模糊↓ | 1/8000s ~ 30s |
| ISO | 亮度↑，噪声↑ | 亮度↓，噪声↓ | 100 ~ 6400 |
我的习惯：在嵌入式平台上，优先调快门，其次调ISO，最后才动光圈。因为光圈通常是物理结构，调节速度最慢。
亮度直方图：AE的眼睛
直方图是什么？说白了就是一张「像素亮度分布统计图」。横轴0~255代表亮度，纵轴代表像素数量。
我调试AE算法时，第一件事就是拉出直方图。为什么？因为它能告诉你：
- 过曝：像素堆在255右侧，一片死白
- 欠曝：像素堆在0左侧，一片死黑
- 对比度低：像素集中在中间，画面发灰
举个例子。有一次在室内灯光下，画面看起来还行，但直方图显示像素全挤在80~120之间。这意味着什么？动态范围根本没被利用。后来我把目标亮度往上提了一档，画面立刻通透多了。
核心原则：好的曝光不是让直方图「居中」，而是让直方图「铺开」且不溢出两端。
目标亮度设定：AE的灵魂
目标亮度（Target Luminance）是AE算法的核心参考值。算法会不断调整曝光三角，让画面平均亮度逼近这个目标。
那目标亮度设多少合适？我见过有人直接写死128（8bit中值）。但实际场景千变万化，128真的够吗？
| 场景 | 推荐目标亮度 | 原因 |
|---|---|---|
| 户外强光 | 160~200 | 保留高光细节，避免过曝 |
| 室内正常 | 100~140 | 平衡亮部和暗部 |
| 夜景/暗光 | 60~100 | 优先保证可见度，容忍噪声 |
| 文档扫描 | 180~220 | 文字背景要亮白 |
我曾经踩过的坑：在安防摄像头项目中，把目标亮度设成了固定值120。结果白天画面正常，晚上画面却偏暗。后来改成根据环境照度动态调整目标亮度，问题才解决。
AE的完整工作流程
下面这张图展示了AE从采集到调整的闭环逻辑：
工程落地中的AE调参要点
纸上谈兵容易，真正落地时你会发现一堆细节。我总结几个实战经验：
- 收敛速度要可控：AE不能跳变太快，否则画面会闪烁。我一般限制每帧最大调整步长。
- 防抖策略：在暗光下，快门变慢会导致画面抖动。我习惯设定一个「安全快门阈值」，低于这个值就优先提ISO。
- 场景切换检测：从室内走到室外，亮度突变。这时候AE需要快速响应。我通常用帧间亮度差来触发快速收敛模式。
- 权重区域：人脸区域应该比背景更重要。我做过一个方案——给画面中心区域更高的权重，效果立竿见影。
一句话总结：AE不是让画面「亮」，而是让画面「合适」。直方图是眼睛，目标亮度是标尺，曝光三角是手脚。