自动对焦（AF）：控制对焦马达的位移，使镜头焦点在合适的位置
自动曝光（AE）：通过调节快门、光圈、感光度，来使得图像达到合适亮度
自动白平衡（AWB）：通过调整图像R/B通道的gain值，调节图像的色温/色调表现
- AE与AWB自动白平衡算法来实现图像对比度最大、改善主体拍摄物曝光或曝光不足、使画面在不足光线照射下的色差得到补偿
- 3A是每个相机的基本算法功能，每个A都代表了成像的基本组件，像AE控制着ISO/shutter，是sensor的基本功能。AF控制着对焦马达，是镜头的基本功能。AWB是camera色彩系统的第一个基础模块。
- 3A准确率是成像的基本保证
曝光 ：光线强度乘以光线所作用的时间。曝光量以E表示，计算单位就是勒克斯.秒。
曝光强度 ：曝光时间光圈大小ISO，手机上的光圈是固定的，所以只需要考虑曝光时间和增益ISO。光圈和速度联合决定进光量，ISO决定CCD/CMOS的感光速度。如果进光量不够，可以开大光圈或者降低快门速度，还是不够的话就提高感光度（ISO）。大光圈的缺点是解像度不如中等光圈，快门速度降低则图像会糊，提高ISO后图像质量也会下降。
测光区域 ：通常一个图片中同时存在亮与暗的区域，如果把所有区域都纳入考虑来算一个平均值，可能不能如实反映拍照者的期望，所以会有个重点测光区域。根据不同算法，测光区域也不同。比较原始的是将整个区域分为NM个区域，取中心的XY区域；手机上通常有针对人脸区域测光、中心测光与点测光。测光区域也有一定的权重分布，通常在中心的区域权重会更大一些。
自动曝光的标准 ：物体的亮度与色彩是由物体对光线的反射率来决定的。纯黑色的反射率是0，纯白色的反射率是100%，处于中间的灰度的的反射率是18%，这就是18%中间灰度。具有一定反射率的物体在最终的图像中被还原到了其相应的灰度级，这意味着达到了正常的曝光。但是相机在各种场景下无法识别物体的反射率，因此统一将图像整体平均亮度设置为中性灰的亮度，该方法基于科学家认为自然界的平均反射率是18%。但是这个方法不是一直适用，比如拍摄雪景需要增加曝光补偿，不然会偏暗，因为雪景的亮度远大于中性灰度。所谓的”白增黑减”。
（1） 摄影曝光的加法系统：AV（光圈值）+ TV（快门时间）= EV = BV（环境光）+ SV（感光度）
（2） 在一个相应周期内，AE算法需要处理的具体事项是：
- 根据ISP硬件生成的图像曝光统计数据评估当前图像的曝光质量
- 如果曝光质量需要调整，则根据当前的工作参数和理想曝光目标生成下一帧图像的工作参数
- 将新的工作参数写入各硬件设备，驱动光圈、sensor快门及增益达到新的位置
（3）自动曝光实现的过程：
第一步 对当图像进行亮度统计
第二步 根据当前图像亮度确定曝光值
第三步 计算新的曝光参数，曝光时间，光圈和增益
第四步 将新的曝光参数应用到相机中
第五步 重复步骤一到四，直到亮度满足需求
（4） 如何调整曝光时间、光圈、ISO这三者调节的比例：当计算出一个曝光量，曝光三要素有很多种组合方式。一般情况下有曝光曲线，每个曝光量对应一组参数。手机中的曝光曲线可以通过Tuning调整。
（5） 当前帧的曝光量：sensor曝光时间、sensor增益、ISP增益、sensor积分时间。
（6） 参数同步：前面分解出来的控制参数必须同步生效才能使得画面取得预期曝光。如果某一项参数未能与其他几项同步生效，则画面会因为短暂过亮、过暗等原因出现闪烁，这个数需要避免的。所有参数都需要在一个特定的时间窗口内生效，即前一帧图像已经结束，新一帧图像尚未开始的这段时间，也就是sensor的垂直消隐（vertical blanking）窗口，这个窗口时间很短，典型值在3~5毫秒左右。
现在的sensor 为了方便使用，缓解配置参数时间窗口过短的压力，往往都支持一组影子（shadow）寄存器，需要同步生效的参数（曝光时间和增益）可以在任何时间点写入shadow寄存器，当sensor开始捕捉新的一帧图像之前，会自动把shadow 寄存器的内容同步到实际生效的寄存器，这样就把几个毫秒的时间窗口扩展成一帧时间，极大地缓解了用户压力。虽然这个方案为软件争取到了一帧的缓冲时间，但同时也意味着系统的响应延迟（latency）增加了一帧。
事实上，如果CPU的任务比较繁忙，或者每帧的时间很短，则一帧的时间可能还不够3A算法完成所有的计算，此时则需要考虑增加一帧的缓冲时间。
（7） 图像质量呼吸问题：在信号不变的情况下，通过改变sensor增益来调节图像亮度，图像信噪比的变化规律。增益越高图像信噪比越低，图像质量越差。
虽然改变sensor曝光时间和改变sensor增益都可以实现提高画面平均亮度，但得到的图像质量其实是不同的。举个极端但是可能的例子，如果出于某种原因AE算法的输出频繁在两组参数（曝光x2, 增益x1）和（曝光x1, 增益x2）间振荡，则画面会在两种不同的图像质量效果间振荡，称为呼吸效应(breathing effect)，会造成画面闪烁，是设计和调试算法时必须注意避免的一种现象。
Original: https://blog.csdn.net/weixin_43911766/article/details/121315767
Author: M-C100
Title: 3A简介（持续更新）
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