目录
那么，如何打通sensor的电信号（ADU）到APEX测光系统中的亮度（𝐿𝑠）呢？
[步骤 1：传感器照度与曝光量的关系](#步骤 1：传感器照度与曝光量的关系)
[步骤 2：曝光量的计算](#步骤 2：曝光量的计算)
[步骤 3：光电转换（曝光量 → ADU）](#步骤 3：光电转换（曝光量 → ADU）)
[步骤 4：代入曝光量，解出 ADU 与 L 的原始关系](#步骤 4：代入曝光量，解出 ADU 与 L 的原始关系)
[步骤 5：整理为 L 的表达式，合并固定常数为 K](#步骤 5：整理为 L 的表达式，合并固定常数为 K)
[步骤6：Bv → 整套 APEX 体系（Ev、Av、Tv、Sv）](#步骤6：Bv → 整套 APEX 体系（Ev、Av、Tv、Sv）)
[原理：APEX 加法公式](#原理：APEX 加法公式)
[这一步的目的：把场景亮度 → 直接变成可控制的曝光参数。AE 要做的事，本质就是：](#这一步的目的：把场景亮度 → 直接变成可控制的曝光参数。AE 要做的事，本质就是：)
[2.2、标定前的准备（硬件 + 环境）](#2.2、标定前的准备（硬件 + 环境）)
[2.2.1. 核心硬件](#2.2.1. 核心硬件)
[2.22. 提前确认的参数](#2.22. 提前确认的参数)
[2.3、K 值标定的分步操作（标准 6 步）](#2.3、K 值标定的分步操作（标准 6 步）)
[步骤 1：搭建标定环境](#步骤 1：搭建标定环境)
[步骤 2：设置相机参数（固定不变）](#步骤 2：设置相机参数（固定不变）)
[步骤 3：采集并处理 ADU 数据](#步骤 3：采集并处理 ADU 数据)
[步骤 4：代入公式计算 K 值](#步骤 4：代入公式计算 K 值)
[步骤 5：多亮度点验证 & 平均（提升精度）](#步骤 5：多亮度点验证 & 平均（提升精度）)
[步骤 6：保存 K 值](#步骤 6：保存 K 值)
[2.5、标定结果验证（确保 K 有效）](#2.5、标定结果验证（确保 K 有效）)
APEX测光系统介绍可以参考博文MTK APEX测光系统中各变量具体的计算方式探究。博文中介绍了APEX系统中主要的计算公式：
在拍摄平均亮度为𝐿𝑠的场景时，满足如下方程的曝光参数，认为可以得到一个亮度合适的照片：
其中， 𝑡表示曝光时间，𝐹表示光圈值（即常说的F-number）， 𝐿𝑠表示环境光平均亮度， 𝑆表示是相机感度。𝐾是任意常数，一般由相机厂商决定，它和相机厂商所认为的正确曝光有关，现在一般将 𝐾取值为12.5。上式两边同时取对数，有 ：
即：
一、ISP自动曝光算法中ADU到Bv的全连接通路
我们知道**：**
Sensor 只认识电信号（ADU），不认识亮度、不认识 EV。
APEX 只认识亮度、EV、档位，不认识电信号。
完整的链路为：电信号 (ADU) → 曝光量 H → 场景亮度 L → APEX (Bv/Ev)
一句话概括为：外部光照 → 镜头 → Sensor 感光 → 光生电子 → 模拟增益 → ADC 量化 → 最终 ADU
那么，如何打通sensor的电信号（ADU）到APEX测光系统中的亮度（ 𝐿𝑠**）呢？**
这部分工作需要进行相关的标定，得到系数K。通过系数K链接电信号到APEX测光系统中平均亮度为𝐿𝑠的联系。
我们将上述完整链路逐段拆解为：
步骤 1：传感器照度与曝光量的关系
场景亮度 L 经过镜头后，到达传感器感光面的照度 E （单位：lux）满足光学成像公式：
- 物理意义：场景越亮（L 大）、镜头透光率越高（τ 大），传感器接收到的照度越高；光圈越大（F 小），照度也越高。
步骤 2：曝光量的计算
传感器的总曝光量 He （单位：lux・s）是照度乘以曝光时间：
步骤 3：光电转换（曝光量 → ADU）
传感器将曝光量转换为数字信号 ADU，核心关系是线性的（忽略非线性区）：
- 物理意义：曝光量越多（He 大）、增益越高（S 大），输出的 ADU 越大；Ksensor 是传感器本身的灵敏度（每 lux・s 能输出多少 ADU）。
- 这一步的目的：把 "芯片读数" 变成 "物理光量"。ADU 是相对值，H 是物理量，这是进入摄影体系的
步骤 4：代入曝光量，解出 ADU 与 L 的原始关系
将步骤 2 的 He 代入步骤 3，得到：
步骤 5：整理为 L 的表达式，合并固定常数为 K
我们的目标是从 ADU 反求 L ，因此对上述公式移项：
由于 Ksensor（传感器灵敏度）、τ（镜头透过率）、4（光学几何常数）都是固定不变的常数 ，工程上会将它们合并为一个总标定系数 K：
最终得到你实际使用的 ADU → L 极简推导公式：
这一步的目的：把 "Sensor 收到的光" 还原成 "外面场景有多亮"。只有得到 L，才能进入 APEX。
步骤6：Bv → 整套 APEX 体系（Ev、Av、Tv、Sv）
原理：APEX 加法公式
Ev=Bv+Sv=Av+Tv
各自定义：
- Sv=log2(S/0.3) → ISO 档位
- Av=log2(F2) → 光圈档位
- Tv=log2(1/T) → 快门档位
- Ev：曝光值（光圈 + 快门的组合）
这一步的目的：把场景亮度 → 直接变成可控制的曝光参数。AE 要做的事，本质就是：
根据 Bv 算出 Ev，再分配 Av、Tv。
二、如何计算APEX中的𝐿𝑠
需用通过标定K值以及当前的曝光时间、增益、光圈系数以及ADU计算场景的平均亮度为𝐿𝑠。除了系数K值，其他值都能够从ISP Pipeline中的统计数据获取到。那么如何标定系数K成为极为关键的一步。
2.1、先明确标定核心逻辑
K 是「ADU→L」公式中打包了传感器灵敏度、镜头透过率、光学常数的总系数，标定的本质是：
用已知的「真实场景亮度 L」和相机输出的「ADU、曝光参数」，反推唯一能让公式成立的 K 值。
用于标定的核心公式：
2.2、标定前的准备（硬件 + 环境）
2.2.1. 核心硬件
| 设备 | 作用 | 关键要求 |
|---|---|---|
| 积分球 / 标准灯箱 | 提供已知、均匀的场景亮度 L | 亮度精度 ±1%，输出单位 cd/m² |
| 18% 灰卡 | 保证画面光照均匀，避免反光干扰 | 中性灰，无纹理 |
| 待标定相机模组 | 包含镜头、Sensor、ISP | 镜头光圈固定，黑电平已校准 |
| 暗箱 / 遮光环境 | 排除环境光干扰 | 无杂光、无反光 |
2.22. 提前确认的参数
- 镜头光圈 F（如 F=2.0，固定不变）；
- Sensor 黑电平（Black Level）：用于计算「净 ADU」（ADU_net = 原始 ADU - 黑电平）；
- 基准增益 S_base：设为 1.0（对应 ISO100，无增益放大）；
- 曝光时间 T：选择适中值（如 0.033s），确保 ADU 不过曝、不欠曝。
2.3、K 值标定的分步操作（标准 6 步）
步骤 1：搭建标定环境
- 将相机固定在暗箱中，镜头正对积分球出光口；
- 在积分球出光口贴 18% 灰卡，确保相机画面 90% 以上区域被灰卡覆盖；
- 设定积分球输出已知亮度 L（如 100 cd/m²，记为 L_ref），稳定 5 分钟让光源输出均匀。
步骤 2：设置相机参数（固定不变）
- 光圈 F：锁定为固定值（如 F=2.0，记为 F_ref）；
- 增益 S：设为基准值 1.0（S_ref=1.0）；
- 曝光时间 T：设为适中值（如 0.033s，记为 T_ref）；
- 关闭自动曝光 / 自动增益 / 降噪等算法：避免参数自动变化干扰标定。
步骤 3：采集并处理 ADU 数据
- 相机拍摄积分球灰卡画面，连续采集 10~20 帧（减少噪声干扰）；
- 对每帧画面取「中间区域」（如 100×100 像素）的平均 ADU，得到原始 ADU 均值；
- 减去黑电平，得到净 ADU（ADU_net）：ADUnet=原始ADU均值−黑电平（例：原始 ADU=500，黑电平 = 20 → ADU_net=480）
步骤 4：代入公式计算 K 值
将所有已知值代入标定公式：
示例计算：
已知：
- L_ref=100 cd/m²，S_ref=1.0，T_ref=0.033s，F_ref=2.0（F²=4），ADU_net=480；代入得：K=100×1.0×0.033/(4×480)=3.3/1920≈0.0017
步骤 5：多亮度点验证 & 平均（提升精度）
为避免单亮度点误差，可在 3~5 个不同亮度下重复步骤 1~4（如 L=50、100、200 cd/m²），得到多个 K 值后取平均值，作为最终标定 K 值。
步骤 6：保存 K 值
将最终 K 值写入相机固件 / 配置文件，绑定当前镜头 + Sensor 组合（换硬件需重新标定）。
2.4、关键注意事项（避免标定误差）
- ADU 必须去黑电平：黑电平是 Sensor 无光照时的基础输出，不扣除会导致 ADU_net 偏大，K 值偏小；
- 增益必须设为 1.0：若增益不为 1，会导致 ADU 被放大 / 缩小，K 值失真；
- 光源必须均匀：画面亮度不均会导致 ADU 统计偏差，优先取中间区域均值而非全画面；
- 硬件不可变动：标定后若更换镜头、IR 滤光片、Sensor，必须重新标定 K（因为 τ/ Ksensor 已变化）；
- 避免过曝 / 欠曝：ADU 若接近饱和（如 10bit Sensor 超过 1000）或过低（如 <50），会偏离线性区，导致 K 不准。
2.5、标定结果验证（确保 K 有效）
标定完成后，用一个未参与标定的亮度值验证：
- 设定积分球亮度 L_test=150 cd/m²；
- 相机参数：F=2.0，S=1.0，T=0.033s，采集 ADU_net=720；
- 代入「ADU→L」公式：
=0.0017×4×720/1×0.033≈150 cd/m2
- 验证标准：计算出的 L 与真实 L_test 误差≤3%，说明 K 标定有效；若误差过大，重新检查光源均匀性、ADU 黑电平扣除是否正确。
2.6总结
- K 的标定核心是「用已知亮度反推系数」，依赖积分球提供的精准 L 值；
- 标定关键是「固定增益 / 光圈、扣除黑电平、采集均匀 ADU」，避免非线性 / 干扰因素；
- 标定后需验证，确保 K 能准确将 ADU 转换为真实亮度 L；
- K 绑定硬件，换镜头 / Sensor 必须重新标定，这是「ADU→L」公式准确的前提。
简单说：标定 K 的过程，就是给相机 "校准亮度标尺"------ 让相机知道 "输出多少 ADU 对应真实世界的多少亮度"，这是自动曝光调整的基础。