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DJI SDK 如何实现曝光锁定

什么是曝光锁定

在现在数码时代,数码相机基本都提供了一套自动化的曝光控制程序。自动曝光模式分为半自动、全自动两种。全自动就是大家常说的傻瓜档 P 档,也有的缩写为 Auto,全自动指所有曝光因素(光圈、快门速度、ISO )都由程序控制。半自动有两种:快门优先和光圈优先。用户可以调节快门和光圈中的一项,其他曝光因素程序自动计算。

曝光锁定指在自动曝光模式下,锁定此时的曝光参数(光圈、快门速度、ISO)。后面的拍摄过程中都以这样的曝光值进行拍摄。因为在手动曝光模式下,曝光参数一直是固定的,所以在手动模式下就没有曝光锁定这么一说。

曝光锁定是在什么时候使用的呢?对于曝光程序而言,曝光结果的公式就是算出一个曝光值把测光画面中的所有点的平均亮度控制在 50%。因为这样的曝光就能使尽量多的点都能被展示,有层次,画面有高光、有暗部。因此画面中只要有像素变动,那么曝光程序就会重新算出一个曝光值。如果你已经确认了拍摄主体,那么这个时候不想因为画面的其他地方变动影响到曝光值,这个时候就要曝光锁定。其实调用曝光锁定,等于是关闭了自动曝光。

DJI 提供的曝光锁定为什么不好用

DJICamera 提供了曝光锁定的接口:

/**
 *  Locks or unlocks the camera's AE (auto exposure).
 *   Post condition:
 *   If the AE lock is enabled, the spot metering area cannot be set.
 */
- (void)setAELock:(BOOL)isLocked withCompletion:(DJICompletionBlock)completion;

如果这个接口真的可以实现我们所理解的曝光锁定,那么也就没有下面的自定义实现了。
DJI 提供的曝光锁定的问题是:在某些设备上,曝光锁定后只能拍摄一张照片。在提供了曝光锁定的接口同时,还提供了自动解除曝光锁定的接口:

/**
 *  Enables/disables auto-unlocking of AE lock after shooting a photo. If it is
 *  enabled, the Auto Exposure will unlock after each shot. If disabled, Auto
 *  Exposure will change when calling `setAELock:withCompletion`. It is only
 *  supported X4S, X5S and Phantom 4 Pro cameras. For the other products, auto-
 *  unlocking is always enabled.
 */
- (void)setAutoAEUnlockEnabled:(BOOL)enabled withCompletion:(DJICompletionBlock)completion;

文档上显示只有 X4S, X5S 和 Phantom 4 Pro 支持手动解除曝光锁定,其他设备在拍摄一张照片后就会自动解除曝光锁定。如果曝光锁定后只能拍一张照片,那么我锁定图个什么?

自己实现一个曝光锁定

为了在所有设备上都能进行正常的曝光锁定,只能自己实现一个了。思路很简单:把曝光补偿设置为 0,切换到手动曝光模式。这样就得到了一个等效曝光锁定。使用结束后,把曝光模式调整为自动曝光就等于解除了曝光锁定。

不要忽略曝光补偿

上面的流程很容易引起一个疑问:为什么需要把曝光补偿设置为 0 呢?因为自动曝光下的曝光参数不一定是真正使用的参数,自动曝光下还有一个曝光变量:曝光补偿。手动曝光下曝光补偿不起作用。
前面提到,自动曝光原理就是算出一个曝光结果使得画面中的像素的平均亮度是 50%。这是一个死的规则,在很多场景下适用,在很多场景下也不适用。如果你想要整体画面都是亮的,这个时候自动曝光的曝光值就和你想要的结果不一样了。这个情况多发生在画面中主体的颜色很白或者很暗。比如拍摄一片雪地,因为雪本身是白色的,但是曝光需要算出一个灰色的结果,因此自动曝光算出的曝光值就会比实际的低。为了解决这个问题,自动曝光下就增加了一个曝光补偿的因素。曝光补偿加 1 就意味着程序算出的曝光值提高一档。
由于最后的真实的曝光值有曝光补偿这个偏移量参与,因此在自动、半自动曝光模式下,取到的曝光参数不一定是最后的参数。比如取到的快门时间是 1/100,如果这个时候曝光补偿是 +1。那么真实的快门时间可能是 1/50。因此需要把曝光补偿设置为 0,此刻的曝光参数与实际曝光的参数一致。

谜:手动曝光下曝光补偿无法锁定

通常的相机上,手动模式下曝光补偿就无法设置了,是一个无效的参数。DJI 设置曝光的接口也是这样描述的,只有在全自动、半自动曝光模式下才能设置。

/**
 *  In order to use this function, set the camera exposure mode to
 *  <code>shutter</code>, <code>program</code> or <code>aperture</code>.
 */
- (void)setExposureCompensation:(DJICameraExposureCompensation)compensation withCompletion:(DJICompletionBlock)completion;

但是在用 Mavic Pro 测试的时候发现,在手动曝光模式下,曝光补偿并不是锁死的。猜测是因为无人机的避障依赖于摄像头,如果系统认为摄像头画面太暗或者太亮会强行介入校准。类似于汽车上的安全系统,虽然可以关闭一些车身辅助稳定程序,但是很多车型在极端情况安全系统还是会强行介入。当然了,大疆的文档没有说明为什么会这样。

代码实现

因为 DJI SDK 所有控制命令都是异步的,为了解决回调地狱我们引入 PromiseKit 来优化写法。

import DJISDK
import PromiseKit

extension DJICamera {
    public func setAELockContinuous() -> Promise<Void> {
        return firstly { 
            self.setExposureCompensation(.N00)
        }.then {
            after(seconds: 0.1)
        }.then {
            self.setExposureMode(.manual)
        }.asVoid()
    }

    public func setExposureCompensation(_ value: DJICameraExposureCompensation) -> Promise<Void> {
        return Promise {
            setExposureCompensation(value, withCompletion: $0.resolve)
        }
    }

    public func setExposureMode(_ mode: DJICameraExposureMode) -> Promise<Void> {
        return Promise {
            setExposureMode(mode, withCompletion: $0.resolve)
        }
    }
}
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