2. AE基础原理：曝光三要素与图像亮度的关系

自动曝光（AE）系统的核心任务是控制进入图像传感器的光量，使输出图像达到目标亮度。这一过程由三个物理参数协同完成：光圈（Iris）、快门（Shutter）和增益（Gain），合称“曝光三要素”。理解三者对亮度的独立影响与耦合关系，是进行AE调试与WDR参数配置的理论基石。

2.1 曝光三要素的物理定义

下表从物理量、控制对象、单位及对亮度的直接影响四个维度，对三要素进行对比：

2.2 三要素对亮度的独立影响曲线

下图展示了在固定其他两个参数时，单一要素变化对图像亮度的典型影响趋势：

2.3 三要素的耦合关系与曝光三角形

在实际AE算法中，三要素并非独立调节，而是通过“曝光三角形”模型进行联合决策。下图展示了三要素之间的权衡关系：

2.4 三要素的优先级与调试策略

在AE调试中，三要素的调节优先级通常遵循以下原则：

1. 优先调节光圈：光圈影响景深和进光效率，在保证景深要求的前提下，优先使用光圈调节亮度。
2. 其次调节快门：快门影响运动模糊，在保证画面清晰度的前提下，通过调整曝光时间补偿亮度。
3. 最后调节增益：增益会放大噪声，仅在光圈和快门达到极限时使用，且需控制上限。

2.5 三要素的量化计算示例

以下是一个典型的AE亮度计算代码片段，展示三要素如何联合决定输出亮度：

// 曝光亮度计算示例（伪代码）
float calcBrightness(float irisF, float shutterSec, float gainDB) {
    // 光圈通光量：与F值的平方成反比
    float irisLight = 1.0f / (irisF * irisF);

    // 快门时间：线性关系
    float shutterLight = shutterSec;

    // 增益：dB转线性倍数，每6dB翻倍
    float gainLinear = powf(2.0f, gainDB / 6.0f);

    // 总亮度（归一化）
    float totalLight = irisLight * shutterLight * gainLinear;

    return totalLight;
}

// 示例：F2.0, 1/60s, 12dB
float brightness = calcBrightness(2.0f, 1.0f/60.0f, 12.0f);
// 输出：brightness ≈ 0.0042（相对值）

2.6 三要素与图像质量的权衡

下表总结了调节每个要素时，对图像质量其他维度的影响：