相机 Auto Focus (PDAF / LDAF / TOF) 详解1. 自动对焦概述1.1 什么是对焦对焦是调整镜头中透镜组的位置，使目标物体的光线精确汇聚到传感器平面上，形成清晰图像的过程。对焦原理: 无穷远 近距离 │ │ ▼ ▼ ─────→ 透镜组 ←───── ─────→ 透镜组 ←───── │ │ ▼ ▼ ┌────────┐ ┌────────┐ │ Sensor │ │ Sensor │ │ (清晰) │ │ (清晰) │ └────────┘ └────────┘ 透镜位置不同 → 焦平面不同 → 清晰的物体距离不同 自动对焦 (AF) 的任务: 1. 测量目标距离 (或检测清晰度) 2. 计算透镜应移动到的位置 3. 驱动马达移动透镜1.2 对焦方式分类┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 自动对焦方式分类 │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ 一、主动对焦 (Active AF) │ │ ├─ 1. LDAF (Laser Detection AF) 激光测距对焦 │ │ ├─ 2. TOF AF (Time of Flight AF) 飞行时间对焦 │ │ └─ 3. IR AF (Infrared AF) 红外测距对焦 │ │ │ │ 二、被动对焦 (Passive AF) │ │ ├─ 4. CDAF (Contrast Detection AF) 反差对焦 │ │ ├─ 5. PDAF (Phase Detection AF) 相位对焦 │ │ └─ 6. DPAF (Dual Pixel AF) 全像素双核对焦 │ │ │ │ 三、混合对焦 (Hybrid AF) │ │ └─ 7. PDAF + CDAF / PDAF + TOF / DPAF + CDAF │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘2. PDAF (Phase Detection Auto Focus, 相位检测对焦)2.1 基本原理PDAF 利用相位差来判断焦点位置。通过在传感器上设置遮挡像素对（左遮挡/右遮挡），分别接收通过镜头不同区域的光线，计算两路信号的相位差，直接得出失焦方向和距离。PDAF 原理: 入射光 │ ▼ ┌──────────────┐ │ 镜头 │ │ ┌─────┐ │ │ │左半部│右半部│ │ └──┬──┴──┬──┘ │ │ │ └─────┼─────┼────── │ │ ▼ ▼ ┌──────┐ ┌──────┐ │左遮挡│ │右遮挡│ ← 遮挡像素 (Shield Pixel) │像素 L│ │像素 R│ └──┬───┘ └──┬───┘ │ │ ▼ ▼ 信号 L 信号 R 相位差分析: 合焦: L 和 R 信号重合 → 相位差 = 0 前焦: L 信号在前, R 信号在后 → 相位差 0 → 需要后移透镜 后焦: L 信号在后, R 信号在前 → 相位差 0 → 需要前移透镜 相位差大小 ∝ 失焦距离 相位差符号 → 失焦方向 → 一步到位, 无需搜索!2.2 PDAF 像素结构2.2.1 遮挡像素 (Shield Pixel)普通像素 vs PDAF 像素: 普通像素: PDAF 像素 (左遮挡): ┌───────────┐ ┌───────────┐ │ 微透镜 │ │ 微透镜 │ │ ┌───────┐ │ │ ┌───────┐ │ │ │ │ │ │ │████ │ │ ← 左半部遮挡 │ │ PD │ │ │ │████PD │ │ │ │ │ │ │ │████ │ │ │ └───────┘ │ │ └───────┘ │ └───────────┘ └───────────┘ 接收全部光线 仅接收右半部光线 PDAF 像素对: 左遮挡像素 (L): 仅接收通过镜头右半部的光线 右遮挡像素 (R): 仅接收通过镜头左半部的光线 → L 和 R 的信号存在相位差2.2.2 PDAF 像素排列方式方式 1: 独立 PDAF 像素 (Dedicated PDAF Pixel) ┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │R│G│R│G│R│G│R│G│ ← 普通像素行 ├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤ │G│B│G│B│G│B│G│B│ ← 普通像素行 ├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤ │R│G│P│G│R│G│P│G│ ← PDAF 像素 (P) 替换部分像素 ├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤ │G│B│G│B│G│B│G│B│ ← 普通像素行 └─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ P = PDAF 像素对 (左遮挡 + 右遮挡) 优点: 不影响普通像素 缺点: PDAF 像素密度低, 低光性能差 方式 2: 全像素双核 (Dual Pixel, DPAF) ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┐ │RL│GL│RL│GL│RL│GL│ ← 每个像素都分为左右两个子像素 │RR│GR│RR│GR│RR│GR│ ├──┼──┼──┼──┼──┼──┤ │GL│BL│GL│BL│GL│BL│ │GR│BR│GR│BR│GR│BR│ ├──┼──┼──┼──┼──┼──┤ 每个像素 = 左子像素(L) + 右子像素(R) 正常拍照: L + R 合并 → 全部光线 PDAF: L - R → 相位差 优点: 100% 像素都参与 PDAF → 覆盖全画面, 低光好 缺点: 像素面积减小, 满阱容量降低 方式 3: 2×1 OCL (2×1 On-Chip Lens) ┌──┬──┬──┬──┐ │L │R │L │R │ ← 每 2 个像素共享一个微透镜 ├──┼──┼──┼──┤ L 和 R 各接收一半光线 │L │R │L │R │ ├──┼──┼──┼──┤ 介于独立 PDAF 和 DPAF 之间2.3 PDAF 相位差计算// PDAF 相位差计算structpdaf_result{floatphase_diff;// 相位差 (pixels)floatdefocus_distance;// 失焦距离 (DAC steps)floatconfidence;// 置信度 [0, 1]bool direction;// 失焦方向: true=前焦, false=后焦};// 计算相位差 (简化版)floatcalculate_phase_diff(int16_t*left_signal,int16_t*right_signal,uint32_tlength){// 互相关计算floatmax_corr=0;intbest_shift=0;for(intshift=-MAX_SHIFT;shift=MAX_SHIFT;shift++){floatcorr=0;for(uint32_ti=0;ilength;i++){intj=i+shift;if(j=0jlength){corr+=left_signal[i]*right_signal[j];}}if(corrmax_corr){max_corr=corr;best_shift=shift;}}return(