單元 10 · 曝光與自動曝光（AE）

SensorMode ... exp_time = 20000
SensorMode ... gain = 2.0

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -C exposure

argus_camera SensorMode exp_time=20000

假設 pclk=96 MHz，line_length=1688 pclk
每行時間 = 1688 / 96M ≈ 17.6 µs
曝光 1000 行 = 17.6 ms

假設目標曝光 20 ms：
行數 = 20000 µs / 17.6 µs ≈ 1136 行 → 寫 0x3501=0x04, 0x3502=0x70

1. 讀目前曝光與增益：
   v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -C exposure
   v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -C gain
2. 若 exposure 已達上限（如最大行數）：
   → 光線不足，靠曝光救不回 → 補光 / 換鏡頭光圈
3. 若 gain 已達上限（如 8×）且雜訊明顯：
   → 增益撐到極限，品質崩壞 → 補光優先
4. 若兩者都沒到上限但畫面仍暗：
   → AE 統計/目標設定問題（不是光學問題）

過暗：
 ├─ AE 卡上限 → 補光/光圈
 ├─ AE 統計錯誤 → 場景過暗或有遮罩
 └─ 黑位錯 → 回 unit-08
過亮：
 ├─ AE 目標太高 → 調目標亮度
 ├─ 曝光行數爆掉 → 查 max
 └─ 感測器飽和 → 縮光圈/曝光
banding（條紋）：
 ├─ 日光燈 50/60Hz → 曝光時間為市電週期的整數倍
 └─ 感測器讀出問題 → 查 clock

目標 FPS = 60 → frame interval = 16.67 ms
假設 line time = 17.6 µs
最大曝光行數（保留 8 行 margin）
  = floor(16,670 / 17.6) - 8
  ≈ 939 lines
最大曝光時間 ≈ 939 × 17.6 µs = 16.53 ms

若 AE 要 20 ms：
  → 不能同時維持 60 fps，必須降 fps、提高補光或接受 gain
驗證：比較設定值、回讀值、metadata 中的實際 exposure。

1. requested 與 applied exposure 不同？
   ├─ 是 → 查 mode 上限、frame margin、單位換算
   └─ 否 ─┐
2. RAW histogram 是否隨曝光改變？
   ├─ 否 → 查 register latch、stream 狀態、sensor reset
   └─ 是 ─┐
3. 亮度仍上下跳動？
   ├─ 是 → 查 AE target、ROI、統計延遲與 anti-flicker
   └─ 否 ─┐
4. 亮度正常但影像糊/有條紋？
   └─ 查運動速度、光源頻率與曝光時間，不要先拉數位增益

# SLAM 要求：motion blur < 1 pixel
# OV9281 像素尺寸 3.0 µm，鏡頭焦距 2.8 mm
# 1 pixel 在物方的寬度 = 3.0 µm × (物距/焦距)
# 物距 1 m → 1 pixel ≈ 1.07 mm
# AGV 速度 2 m/s → 最大曝光 = 1.07 mm / 2 m/s = 0.535 ms

# 60 fps → frame interval = 16.67 ms
# 最大曝光 0.535 ms << 16.67 ms → 有充足時間
# 但曝光太短 → SNR 可能不足

# SNR 驗證（ OV9281：full well 10000 e⁻, QE 60%）
# 曝光 0.5 ms、場景 500 lux：
# 光子數 ≈ 500 × 0.5 ms × 像素面積 × 120 lm/W ≈ 假設 800 光子
# 電子數 = 800 × 0.6 = 480 e⁻
# SNR = 20·log10(480/√480) ≈ 26.6 dB（偏低）

# 解決方案：
# 1. 提高增益 → 雜訊增加 → SNR 更差
# 2. 補光 → 光子數增加 → SNR 提升 → 推薦
# 3. 加大光圈 → 更多光子 → 同時景深縮小（SLAM 可能需要）

M1 曝光計算基礎
   ├─ 算出 line time、最大曝光行數（unit-10.14）
   └─ 通過：requested = applied（回讀一致）

M2 收斂測試
   ├─ 場景快速切換（亮↔暗），觀察 AE 收斂幀數
   └─ 通過：< 15 幀收斂、無 overshoot 跳動

M3 上限診斷
   ├─ 低光：確認曝光/增益誰先到上限
   └─ 通過：知道卡在哪、知道該補光或降 fps

M4 anti-flicker
   ├─ 日光燈下測 50/60Hz banding
   ├─ 設定曝光為市電週期整數倍
   └─ 通過：無水平亮暗帶

M5 ROI 策略
   ├─ SLAM 場景定義 AE ROI
   └─ 通過：主體（前景）曝光優先

M6 回歸
   └─ 通過：亮/暗/混合光源各場景全過

驗證：
  v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -C exposure,gain
  # 比較 requested 與 applied

Step 1 讀目前值
   v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -C exposure,gain
Step 2 手動設定並回讀
   設定曝光 → 回讀確認 applied 一致
Step 3 單位換算驗證
   曝光行數 × line time = 真實時間
Step 4 收斂測試
   切換場景亮度，數 AE 收斂幀數
Step 5 banding 測試
   日光燈下調整曝光為 50/60Hz 整數倍
Step 6 上限測試
   低光下找出「曝光 or 增益先到上限」

判讀指標：
  requested ≠ applied → mode 上限 / 單位換算錯
  收斂 > 30 幀 → 調 reaction speed
  banding 存在 → 曝光非市電週期整數倍

# Step 1: 讀取目前值
$ devmem2 0x3500/0x3501/0x3502 (OV9281) w
# 記錄 current_value

# Step 2: 計算新值（設定 bit[0]=1）
$ new_value=$((current_value | 0x0001))

# Step 3: 寫入
$ devmem2 0x3500/0x3501/0x3502 (OV9281) w $new_value

# Step 4: 驗證
$ devmem2 0x3500/0x3501/0x3502 (OV9281) w
# 確認 bit[0] = 1，其餘 bit 不變

# Step 5: 進階 — bitmask 操作
$ read_val=$(devmem2 0x3500/0x3501/0x3502 (OV9281) w | grep "Read" | awk '{print $NF}')
$ mask=0x0001
$ expected=0x0001
$ [ $(($read_val & $mask)) -eq $expected ] && echo "PASS" || echo "FAIL: bit[0] not set"

1. 曝光值不動？
   ├─ AE 被鎖定 → 檢查 `v4l2-ctl --set-ctrl=exposure_auto=1`（manual）
   └─ AE 正常但收斂慢 → 收斂速度參數太保守，調 AE speed factor
2. 曝光震盪（忽亮忽暗）？
   ├─ AE 步進太大 → 減小 step size
   └─ 目標亮度設定不當 → 調 bright target 值

1. 曝光時間 > frame duration？
   ├─ sensor 降為 partial exposure → 檢查 line_length 與 frame_length
   └─ 設定值超出 sensor range → clamp 到 max exposure
2. 曝光時間 = 0？
   ├─ AE 未啟動 → 確認 AE mode
   └─ 軟體 bug → 檢查 Argus 的 exposure 計算邏輯