單元 2 · 影像感測器基礎

假設該像素接收 4000 光子，QE=60%：
電子數   = 4000 × 0.6 = 2400 e⁻
飽和比例 = 2400 / 10000 = 24%
輸出 code = 24% × 1023（10-bit 上限）≈ 245

假設曝光時間加倍（光子→8000）：
電子數   = 4800 e⁻ → code ≈ 491（線性）
若超過 10000 e⁻ → code 卡在 1023 = 過曝

1. 拍白色卡片，取 RAW（unit-08）
2. 把 2×2 的四個位置各取平均
3. 兩個綠色通道平均應接近（Gr≈Gb）
4. 若 Gr≠Gb → 不是 RGGB 就是讀出視窗錯位

室溫（25°C）full well = 10000 e⁻，dark current = 10 e⁻/s
高溫（70°C）dark current 乘以 ~10 倍 → 100 e⁻/s
曝光 8.3 ms（120 fps）→ dark current 貢獻 = 0.8 e⁻（可忽略）
但 70°C 時 full well 衰減至 ~8500 e⁻（約 85%）

QE = 60%，平均像素接收 5000 光子：
  電子數 = 5000 × 0.6 = 3000 e⁻
  飽和比例 = 3000 / 8500 = 35.3%（比室溫 30% 稍高）
  SNR = 20·log10(3000 / √3000) ≈ 34.8 dB ✓

# 設計決策：
# 1. 高溫讓 full well 下降 → 飽和門檻提前 → 必須降低曝光避免 clip
# 2. dark current 增加但在短曝光下可忽略 → 主要瓶頸是 full well 不是 dark current
# 3. 加散熱片把感測器降回 55°C → full well 恢復至 ~9200 e⁻ → SNR 提升 1.5 dB

Phase 1  ID 與基礎（unit-03）
   ├─ 讀 ID register，確認型號
   └─ 通過：ID 符合 datasheet

Phase 2  Bayer order（unit-02/08）
   ├─ 拍純白卡，取 RAW
   ├─ 檢查 R/Gr/Gb/B 四通道平均
   └─ 通過：Gr≈Gb；輸出 RGGB 或記錄實際順序

Phase 3  黑位與 dark current（unit-13）
   ├─ 拍黑框（鏡頭蓋）取 RAW
   ├─ 量 mean（black level）與 std（read noise）
   └─ 通過：black level 固定、std 在感測器規格內

Phase 4  full well 實測（unit-02）
   ├─ 固定曝光，逐級增加光量（光源可調）
   ├─ 找「code 不再上升」的光量點
   └─ 通過：飽和 code ≈ 2^bitdepth − 1

Phase 5  global shutter 驗證
   ├─ 拍高速轉動物（扇葉）
   ├─ 逐列是否扭曲（rolling）or 整幀同步（global）
   └─ 通過：無果凍效應 → 確認 global

Phase 6  產出規格表 + 進 repo
   └─ 通過：文件含實測值 vs datasheet 對照

Step 1  準備
   黑框（鏡頭蓋）、白卡、灰卡、可調光源、三腳架
Step 2  黑位 / read noise
   固定曝光+gain，暗場取 20 張 RAW
   mean=black level，std=read noise（unit-13.14）
Step 3  Bayer order
   白卡 RAW 四通道平均，判別排列
Step 4  full well
   逐步加光，找飽和點（unit-02.5 的估算公式反向驗證）
Step 5  global shutter
   高速轉動物體測試，判斷果凍效應
Step 6  記錄
   每一項記錄：mode、曝光、gain、溫度、光量

判讀指標：
  黑位：應為固定常數（unit-08）
  read noise：隨 gain 線性放大 → 正常
  full well：飽和 code 對應回電子數 ≈ datasheet ±20%

# Step 1: 讀取目前值
$ devmem2 0x0104 (OV9281) w
# 記錄 current_value

# Step 2: 計算新值
$ new_value=$(current_value | 0x0001)

# Step 3: 寫入
$ devmem2 0x0104 (OV9281) w $new_value

# Step 4: 驗證讀回值與預期一致
$ devmem2 0x0104 (OV9281) w
$ [ "$(devmem2 0x0104 (OV9281) w | grep Read)" = "expected" ] && echo "PASS" || echo "FAIL"

1. 感測器輸出全黑（code=0）？
   ├─ 暴露時間 = 0？→ 檢查 AE 設定或手動 exposure register
   ├─ Gain = 0 + 極暗環境？→ 調高 analog gain 0x0104
   └─ 輸出不是 0 但極低 → 檢查黑位 black level offset register
2. 影像偏暗但仍可見？
   ├─ AE convergence 正常？→ `v4l2-ctl --list-ctrls` 看 exposure/gain 值
   └─ AE 正常但偏暗 → ISP pipeline 的亮度目標值（bright_target）太低

1. 紅綠反覆、藍黃反覆？
   ├─ 是 → Bayer order 錯（RGGB vs BGGR）
   │  └─ 修改 device tree 的 `bayer-order` 或 ISP CCM matrix
   └─ 否 → 色彩偏移
      ├─ 單色偏 → CCM 校正不準，重跑白卡校正
      └─ 全面偏 → AWB 未收斂，檢查光源色溫