單元 2 · 影像感測器基礎

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=1280,height=720,pixelformat=SRGGB10 \
  --stream-mmap=3 --stream-count=1 --stream-to=raw.bin

python3 - <<'EOF'
import numpy as np
raw = np.fromfile('raw.bin', dtype=np.uint16).reshape(720, 1280)
r  = raw[0::2, 0::2]    # R  位置（假設 RGGB 起點）
gr = raw[0::2, 1::2]    # Gr
gb = raw[1::2, 0::2]    # Gb
b  = raw[1::2, 1::2]    # B
print('R Gr Gb B =', r.mean(), gr.mean(), gb.mean(), b.mean())
EOF

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=1280,height=720,pixelformat=SRGGB8
v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-mmap=3 --stream-count=1 --stream-to=ov9281.raw

python3 - <<'EOF'
import numpy as np
raw_9281 = np.fromfile('ov9281.raw', dtype=np.uint8).reshape(720, 1280)
raw_5640 = np.fromfile('ov5640.raw', dtype=np.uint16).reshape(720, 1280)
print('OV9281 8-bit max:', raw_9281.max(), '  OV5640 10-bit max:', raw_5640.max())
print('OV9281 R:', raw_9281[0::2,0::2].mean(), ' B:', raw_9281[1::2,1::2].mean())
EOF

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=1280,height=720,pixelformat=SRGGB10 \
  --stream-mmap=3 --stream-count=1 --stream-to=dark.raw    # 蓋鏡頭
v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-count=1 --stream-to=flat.raw   # 均勻亮場
v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-count=1 --stream-to=color.raw  # 色卡

python3 - <<'EOF'
import numpy as np
def analyze(fn):
    raw = np.fromfile(fn, dtype=np.uint16).reshape(720,1280)
    return dict(R=raw[0::2,0::2], Gr=raw[0::2,1::2],
                Gb=raw[1::2,0::2], B=raw[1::2,1::2])
dark = analyze('dark.raw');  flat = analyze('flat.raw');  color = analyze('color.raw')
ob = np.median(dark['R'])
print('黑位 OB =', ob)
print('亮場 corner/center ratio:',
      round(flat['R'][350:420,500:780].mean()/flat['R'][10:80,10:80].mean(),3))
print('色卡四通道:', {k: round(v.mean(),1) for k,v in color.items()})
EOF

# 判定標準：
# Bayer order: 拍純紅/純藍時 R/B 通道應分別最高
# 位元深: 亮場峰值應接近 1023（10-bit 滿量程）
# 黑位: dark 中位數應落在 0–64 之間（>64 可能黑位偏高）
# 雜訊: 灰卡暗部 σ 應在合理範圍（單元 13 詳細量）

- [ ] 我能用四通道均值驗證 OV5640 的 RGGB order。
- [ ] 我能說明 SRGGB10 與 SRGGB8 的位元深差異與讀取方式。
- [ ] 我已量測並記錄本平台的黑位 OB 值。
- [ ] 我能解釋 rolling 與 global shutter 的取捨。
- [ ] 我已跑完 2.13 專案並產出「感測器體檢表」。
- [ ] 我能指出「RAW 驗證」為何是四平台通用的第一鐵律。

i2cget 0x300a 回什麼？
├─ 0xFF → I2C 無回應
│  ├─ i2cdetect -y 3 → 0x3c 出現嗎？
│  │  ├─ 不出現 → I2C bus 問題（上拉/時序）
│  │  └─ 出現 → 位址正確但 register 讀失敗 → 檢查 power-on 時序
│  └─ 嘗試 i2cget -y 3 0x3c 0x300a（其他位址）
├─ 0x00 → 感測器 reset 未釋放 → 檢查 reset-gpios
├─ 0x30/0x31 → 不同感測器（如 OV9281）→ 確認模組型號
└─ 0x56 → 正常！繼續讀 0x300B 確認低 byte

stream-on 後有資料嗎？
├─ 無 → DPHY 訊號問題
│  ├─ 檢查 dmesg csi 錯誤 → 時序/頻寬
│  └─ 嘗試降低解析度 → 是否能輸出
├─ 有但全黑 → sensor 無曝光
│  ├─ 讀 0x3500/0x3501/0x3502 → 驗證 AEC 行為
│  └─ 手動設 0x3503=0x08 → 覆蓋自動曝光
└─ 有但全白 → sensor 過曝
   ├─ 減少 analog gain：0x350a → 降低值
   └─ 減少 exposure：0x3500~0x3502 → 減少值

- [ ] 確認感測器型號（OV5640 / OV9281 / IMX219）
- [ ] 讀取 0x300A + 0x300B 確認完整 ID
- [ ] 記錄感測器支援的四種 Bayer 位元深
- [ ] 產出「感測器規格表」（型號/ID/格式/最大解析度）
- [ ] 確認 I2C 位址（0x3c vs 0x36）並記錄
- [ ] 測量黑位 OB 值並記錄
- [ ] 產出「感測器體檢表」（含所有關鍵 register 值）
- [ ] 驗證 Bayer order（RGGB / GRBG / GBRG / BGGR）
- [ ] 確認 rolling vs global shutter 行為
- [ ] 用四通道均值法驗證 Bayer order