單元 10 · 曝光與自動曝光（AE）

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c auto_exposure=0     # 關自動
v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c exposure=1000       # 曝光（依驅動單位）
v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c analogue_gain=200

for r in 0x3501 0x3502 0x3503; do h=${r:2:2}; l=${r:4:2}; echo -n "$r: "; sudo i2ctransfer -y 3 w2@0x3c 0x$h 0x$l r1; done

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c exposure=1000

for r in 0x3500 0x3501 0x3502 0x3503 0x350a 0x350b; do
  h=${r:2:2}; l=${r:4:2}
  echo -n "$r: "; sudo i2ctransfer -y 3 w2@0x3c 0x$h 0x$l r1
done

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c auto_exposure=0
v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c auto_gain=0

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c exposure=2000
v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -C exposure    # 讀回，應等於 2000

# 依序取 exposure=500/2000/6000 三幀，統計平均亮度
for e in 500 2000 6000; do
  v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c exposure=$e
  v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-mmap=3 --stream-count=1 --stream-to=e$e.yuv
done

# OV5640 30fps, 1080p: 1125 lines/frame (含 blanking)
# row 週期 = 1/30/1125 ≈ 29.6 µs/line
# 最大曝光 ≈ 1125 lines (但會降到 ~15fps)

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c auto_exposure=0
for e in 500 1000 2000 4000 8000; do
  v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c exposure=$e
  v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-mmap=3 --stream-count=30 --stream-to=exp${e}.yuv
  echo "exposure=$e fps=$(ls -l exp${e}.yuv | awk '{print $5}')"
done

python3 - <<'EOF'
fps = 30
lines_per_frame = 1125        # 1080p@30fps 含 blanking
row_period_us = 1e6 / fps / lines_per_frame
max_exposure_lines = lines_per_frame * 0.9   # 留 10% blanking
print(f'row 週期 = {row_period_us:.1f} µs')
print(f'最大曝光 = {max_exposure_lines:.0f} lines ≈ {max_exposure_lines*row_period_us:.0f} µs')
EOF

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c auto_exposure=1
for i in 1 2 3 4 5; do
  sleep 1
  v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -C exposure
  v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-mmap=3 --stream-count=1 --stream-to=aec_$i.yuv
done

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c auto_exposure=0
for e in 500 1000 2000 4000 8000 16000; do
  v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev0 -c exposure=$e
  v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-mmap=3 --stream-count=1 --stream-to=exp_$e.yuv
done

python3 - <<'EOF'
import numpy as np
for e in [500,1000,2000,4000,8000,16000]:
    buf = np.fromfile(f'exp_{e}.yuv', dtype=np.uint8)
    y = buf.reshape(720,1280,2)[...,0]
    print(f'exposure={e:6d}  Y mean={y.mean():6.1f}  peak={y.max():3d}')
EOF

- [ ] 我能完成曝光調校專案並產出曝光曲線。
- [ ] 我能換算 lines ↔ µs 的曝光單位。
- [ ] 我已訂出本應用的曝光與增益上限。
- [ ] 我能用掃描找出日光燈下的安全曝光區間。
- [ ] 我理解「先快門 → 增益 → 數位增益」的物理依據。
- [ ] 我能驗證 AEC 收斂並記錄收斂時間。

AEC 收斂時間異常？
├─ 太慢（>500ms）
│  ├─ 增加 AEC 響應速度：0x3A0F/0x3A10
│  └─ 減少收斂範圍：0x3A1D/0x3A1E
├─ 太快（oscillating）
│  ├─ 降低響應速度
│  └─ 增加收斂範圍
└─ 不收斂 → AEC 被覆蓋
   └─ 檢查 0x3503 是否為 0x00（auto）

影像有橫向條紋？
├─ 50Hz 頻閃 → 曝光非整數倍
│  ├─ 計算：1/50s = 20ms → 20ms / 29.6µs ≈ 676 lines
│  └─ 設定 exposure = 676 × N（N=1,2,3...）
├─ 60Hz 頻閃 → 同理
│  └─ 1/60s = 16.67ms → 563 lines × N
└─ 無頻閃 → 正常

- [ ] 完成「曝光調校專案」並產出曝光曲線
- [ ] 換算 lines ↔ µs（用 row 週期：1 line ≈ 29.6µs @ 1080p30）
- [ ] 訂出本應用的曝光上限（exposure_max lines）
- [ ] 訂出類比增益上限（gain_max）
- [ ] 測 AEC 收斂時間（< 500ms 為佳）
- [ ] 測日光燈頻閃：找安全曝光區間（676 × N lines @ 50Hz）
- [ ] 驗證「先快門 → 增益 → 數位增益」的順序
- [ ] 產出「exposure tuning log」（含 gain/exposure/time/quality）
- [ ] 確認 AEC 收斂後亮度穩定無 oscillation
- [ ] 測試「補光 vs 硬調」取捨並記錄