发布时间：2023年3月23日
为了验证camera在不同亮度等级的光照场景下都能有合适的曝光效果，一般会分别在强光、中光和弱光条件下进行拍摄测试分析。
对于AE（自动曝光）模式的成像系统来说，做曝光误差的测试可以有效提前预防一些曝光误差带来的不良画面效果。比如常见的画面曝光不足（欠曝），尽管亮部区域层次丰富，但是暗部丢失细节；又或者是画面过曝，高光区域一片白，无层次、无信息。
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| 曝光不足 | 正常曝光 | 曝光过度 |
基础概念
➭ 曝光
指在摄影中进入镜头照射在感光元件上的光量，由光圈、快门、感光度（ISO）的组合来控制。
如果进光量太大，照片过亮；进光量太小，则照片过暗。
➭ 影响曝光的因素有哪些？
影响曝光的三要素包括：ISO感光度、快门速度（即曝光时间）、光圈大小。每个设置以不同方式控制曝光。
光圈：控制光线可以进入相机的区域，光圈越大，曝光量越多，画面越亮。
快门速度：控制曝光持续时间，快门速度越快，进光量越少，画面越暗。
ISO感光度：控制相机传感器对给定光量的敏感度，感光度越高，曝光量越多，画面就越亮，但噪点也越多。
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因此，可以使用上述三种设置的多种组合来实现相同的曝光。然而，关键是知道要做出哪些权衡，因为每个设置也会影响其他图像属性。
例如，光圈影响景深，光圈越大，景深越小，背景容易虚化模糊；快门速度影响运动模糊，快门速度越慢越容易造成运动模糊；ISO感光度影响图像噪点，感光度越高，图像暗区噪点越多。
➭ 什么是正确曝光？
这并没有准确的答案，但可以遵循总原则：照片要能真实反映拍摄时的环境亮度。如果一张正午户外的照片被拍得昏暗如夜，这张照片就曝光不足，反之则是曝光过度。曝光是否准确是根据日常生活经验判断，或者是基于拍摄要求做定制，比如一些摄影艺术照的特殊曝光要求等。
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通常，相机经过Sensor驱动优化和影像ISP调试后，相机对大部分场景做的自动曝光是相对正确的，但也有不准的时候。典型的例子是雪景，本来应该雪白刺眼的场景拍出来却是一片灰色；再比如对着一堆煤球拍，本来是纯黑，拍出来却是灰煤。这些场景出现明显的曝光失误，失误根源是相机的反射式测光原理。
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| 雪景 | 煤球 |
➭ 什么是中性灰曝光？
我们之所以能看见东西，不外乎两种情况：一是物体本身可以发光，比如太阳或人造光源；大多数情况则是物体能够反射外来光线。反射的光线越多，物体就越亮，反之则越暗。
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中灰是介于白色和黑色之间的中间色调。中灰也被称为18%灰。18%代表中灰反射的光量。相机认为平均反射率为18％的曝光是正确的。
那为什么中灰会是18%而不是50%呢？简单的答案是我们的亮度视觉感知不是线性的。尽管白色物体反射100％的光，黑色物体反射0％的光，但亮度只有它们的1/4的物体并不会反射25％的光，只有它们的1/2的物体也不会反射50％的光。
这意味着在计算平均亮度水平时，我们不能使用算术平均数，而要使用几何平均数。要计算几何平均数，您需要将两个数字相乘，然后找出结果的平方根。
这就是为什么中灰被称为18%灰的原因。在白色和黑色之间的中点处，那个灰色只反射了18%的光。
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以一张客厅照片为例，客厅墙壁又白又亮，而电视机的大屏幕又黑又暗，窗帘和家具等亮度居中。那这个时候要以谁的亮度来确定曝光？
相机自动测光取平均数，最后给出一个让图片达到中间灰的曝光值，这就是大家经常讨论的中性灰曝光。
一般相机内部的自动测光采用了简单粗暴但有效的方式，它认为全世界所有场景的平均亮度都是18%灰的亮度。（该方法基于科学家认为自然界的平均反射率是18%这一理论。）
因为大部分生活场景都是明暗交织的，平均起来差不多是灰色，所以相机大多数情况下自动测光都相对准确，整体会有相对正确的曝光效果。
但在雪景这样的纯白场景（或者煤球等纯黑场景）时，如果相机依然给出中间灰效果的曝光值，那会拍出来就会白雪成灰雪，煤球成灰球的图片。
此时，我们就要对自动曝光值予以修正，对雪景增加曝光，煤球减少曝光，这样才能拍出亮度和色调正确的照片。
测试与分析
我们一般从三个维度测试成像系统的曝光效果：
曝光时间
曝光准确性
曝光稳定性
当然，并不是所有的用户都需要看这三个维度的数据，这需要看用户的具体需求。但通常，一般用户只需参考曝光准确性即可。
所以，以下测试讲解也是基于曝光准确性的测试方法和数据参考。
➭ 测试卡选择
针对曝光误差测试，我们可以选择Q14灰阶测试卡或是colorchecker 24色经典测试卡。在专业光学实验室内，通过拍摄相应的图像测试卡，并通过图像分析软件得到曝光误差的数据结果。
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colorchecker 24色经典测试卡的色块是在众多色彩中一系列经科学配制的 24个参照色，包含了彩色、原色和灰度色块等。这些色块大多代表自然物体，如人体皮肤、树叶和蓝天。
由于它们代表各自对应物的色彩，并且以同样的方式反射可见光谱中的光，这些色块可在任何光源下与其代表的自然物体的色彩相匹配。
不仅可用于色彩再现，还可用于数码相机创建白平衡，以确保在任何光照条件下都可产生标准白。
➭ 测试环境搭建
1、将ColorChecker 24色经典测试卡吸附在中性灰色背板上，左右居中、水平平齐；
2、测试推荐色温、照度条件（A光：30Lux＆800Lux；TL84：30Lux＆800Lux；D50/D65: 30Lux＆800Lux，有条件的话可以验证D75：30Lux＆800Lux），测试图卡的表面照度均匀性需达到90%以上；
3、将设备固定在夹具中，需检查设备镜头有无脏污，若有则需使用镜布进行擦拭，若镜头损坏则需更换设备；
4、将三脚架、云台调平，调整画面，图像画面占比建议在1/2到2/3之间，画面中测试卡表面不反光；镜头表面和测试卡表面相对平行且画面上下、左右对称；
5、拍摄时，先进行镜头遮挡，重新触发3A，等画面稳定后进行拍摄。建议拍摄3张样本图像。