自動曝光
一、自動曝光定義
首先需要介紹一下曝光：光線強度乘以光線所作用的時間。定義中的“光線強度”，是指Sensor受光線照射的強度，即照度；定義中的“光線所作用的時間”，是指感光膠片受光線照射的時間，即曝光時間。曝光量以E表示，計算單位就是勒克斯·秒。若要取得一定量的曝光量，則光強度越大，曝光時間越短；光強度越小，曝光時間越長。曝光是拍照最基本也是最重要的技術之一。
下圖是用從1.3秒到15秒的時間分別對同一個夜景進行拍攝，時間過短了稱為欠曝，時間過長了稱為過曝。不過曝光時間只是影響曝光強度的因素之一，后續會提到。早期的曝光時間都需要手動設置，專業攝影師通常會用測光表來計算當前場景下所需的曝光強度。
曝光強度 = 曝光時間 * 光圈大小 * ISO，手機上的光圈是固定的，所以只需考慮曝光時間和ISO（也就是Gain值的一種表示，這里的Gain又分為Analog Gain，Digital Gain以及ISP Gain，細節不做展開，讀者只需要知道ISO指的就是信號增益大小）。而手機上的自動曝光就是讓相機根據當前的圖像信息自動配置曝光大小，也就是曝光時間和ISO的值，至於二者的選擇后文會詳細描述。
二、18%灰
先介紹一下韋伯定律：即感覺的差別閾限隨原來刺激量的變化而變化，而且表現為一定的規律性，用公式來表示，就是△Φ/Φ=C，其中Φ為原刺激量，△Φ為此時的差別閾限，C為常數，又稱為韋伯率。
有點繞口，白話就是人對自然刺激的感知是非線性的，刺激以一定比例的增長，對人而言是均勻增長的。
再介紹曝光分區系統。這是由 Ansel Adams 和 Fred Archer在1940年左右所闡述，如下圖所示，將人眼對於從黑到白漸進的變化分為11階，將處於當中的塊V認為是適中的曝光強度，稱為中灰。而V塊的光照反射率是18%，也就是定義的18%灰。
因此攝影師通常會使用測光表來判斷環境光，來決定拍照的曝光強度，使得照片的整體曝光強度在18%灰左右。但是場景是多樣的，因此在《美國紐約攝影學院攝影教材》中又教導大家不要盲目地相信測光表的值來調節曝光參數。譬如在雪景下，如果還按照18%灰來曝光的話，就會將白色的雪拍成灰色。
拍立得上有幾個簡單的場景切換(室內，多雲，晴天)其實就是定義了當前場景下所需的曝光強度。
三、測光區域
通常一個圖片中會同時存在亮和暗的區域，如果把所有區域都納入考慮來算一個平均值的話可能並不能如實地表示拍照者的期望，因此就會有一個重點測光區域。
測光區域根據不同的算法有不同的實現，比較初始的是將整個圖像區域分為M * N個區域，取中心的X * Y區域；手機上通常有針對人臉區域測光，中心測光和點測光三種；測光區域也有一定的權重分布，通常在中心的區域權重會更大些。
接下來會將三種不同的自動曝光方法：均值法AE，直方圖改進的均值法AE以及N段式統計自動曝光。
四、均值法AE
均值法AE是計算測光區域的曝光強度的一種方法，基於下面這個公式，Output是我們期望的曝光輸出值，也就是18%灰的曝光強度，Gamma一般都是2.2。
Input = 255 x (Output/255)gamma
在灰度卡上以0~255為計算區域的話，那么18%灰的Ouput就是122，Input就是50。也就是測光區域的實際曝光強度應該為50。
五、直方圖改進的均值法AE
我們在回頭看一下第三段講的18%灰這個概念本身的不足之處，在雪景、夜景或者純色背景情況下計算出來的曝光值就不應該是18%灰。
那么就要利用直方圖來將低對比度的圖像做適度的拉伸。
六、N段式統計法
N段式統計法是一種在手機ISP上使用的方法，前文說過手機sensor的光圈是固定的(這里只考慮單攝像頭場景)，因此可調的參數只有曝光時間和ISO。在手機上這兩個參數的調節各有利弊。
調節ISO最主要的副作用就是會同時增強噪點，如果把暗光下的圖片放大多倍，噪點就會非常明顯；通常是優先調節曝光時間，但是曝光時間也有個上限，必須要在33ms內完成才能保證每秒30fps的預覽幀率。
因此N段指的就是ISO的不同段，優先保證ISO較小的情況下調節曝光時間，當曝光時間到極大值仍不能滿足時再將ISO調大一級再重新調整曝光時間。
綜上所述，整個自動曝光過程就是如下圖循環，不斷逼近理想值的過程。
