3A定义

3A是Camera ISP控制算法的一个重要组成部分，通常分为自动曝光（AE）、自动聚焦（AF）、自动白平衡（AWB）三个组件。

自动曝光（Auto Exposure）

AE基本概念

曝光概念：光线强度乘以光线作用的时间
计算公式：曝光强度（E，单位为lxs*s）=曝光时间（感光受光线照射的时间）光圈大小Gain
曝光时间：快门打开的时间，影响进光量。曝光时间长则进光量多，适合光线条件差的情况；反之，则适合光线好的情况。
光圈大小：由拍摄者手动选择的光圈f值，影响景深和进光量。光圈越大，景深越浅，适合人像等特写拍摄；反之，则适合风景等需要大景深的拍摄。
增益（ISO）：传感器模拟增益和传感器/ISP数字增益，影响图像噪声和亮度。增益越大，图像噪声也越大，但亮度也会相应提高。

关系：要取得一定量的曝光量，光强越大，曝光时间越短，光强越小，曝光时间越大；
手机（光圈固定）只考虑曝光时间和Gain

AE基本原理

根据图片平均亮度与目标亮度的差距，调整曝光时间和Gain，避免出现曝光不足和过曝的情形。
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。例如纯黑色的反射率是0，纯白色的反射率是100%，处于中间灰度的反射率是18%，这就是18%中间灰度。其中认为V是适中曝光度
相机在各种场景下无法识别物体的反射率，于是统一将图像整体平均亮度设置为中性灰的亮度。只限于部分场景，有局限性。

自动曝光算法

1. 均值法AE
   均值法AE是通过计算图像或视频的平均亮度（或称为平均灰度），并将其与预设的目标亮度（通常是18%灰度）进行比较，来自动调整曝光参数的方法。
   1.1 计算过程：
   基于下面这个公式，Output是我们期望的曝光输出值，也就是18%灰的曝光强度，Gamma一般都是2.2。
   Input = 255 x (Output/255)gamma
   在灰度卡上以0~255为计算区域的话，那么18%灰的Ouput就是122，Input就是50。也就是测光区域的实际曝光强度应该为50。
   1.2 曝光参数调整：
   如果当前图像的平均亮度低于目标亮度，系统会自动增加曝光时间、增大光圈或提高ISO等参数，以增加进光量，提高图像亮度。
   如果当前图像的平均亮度高于目标亮度，系统则会减少曝光时间、缩小光圈或降低ISO等参数，以减少进光量，降低图像亮度。
   1.3 优点与限制
   优点：均值法AE能够快速的根据图像的整体亮度调整曝光参数，适用于大多数光线条件。
   限制：当图像中存在大范围白和黑物体时，均值法AE可能不够准确。

2. N段式统计法（直方图法）
   自动曝光中的N段式统计法是一种在手机ISP（Image Signal Processor，图像信号处理器）上常用的方法，特别是在手机摄像头光圈固定（这里仅考虑单摄像头场景）的情况下。由于光圈固定，可调节的参数主要限于曝光时间和ISO（感光度）。以下是关于N段式统计法的详细解释：
   2.1 基本概念
   N段：指的是ISO的不同段。由于手机sensor的光圈是固定的，因此曝光时间的调节和ISO的调节成为主要手段来适应不同的光线条件。
   2.2 调节顺序与策略
   优先调节曝光时间：在大多数情况下，系统会优先调节曝光时间以达到目标亮度。但曝光时间有一个上限，这个上限通常是为了保证预览帧率（如每秒30fps）而设定的，一般在33ms内完成。
   调节ISO：当曝光时间达到其上限但仍不能满足目标亮度时，系统会开始调节ISO。但需要注意的是，调节ISO可能会引入更多的噪点，特别是在暗光条件下。
   N段式统计：这里的“N段”实际上是指ISO的不同调节阶段。系统会根据当前曝光时间和ISO的组合，以及目标亮度，来决定是否调整ISO以及调整多少。这种策略旨在保证在ISO较小的情况下优先调节曝光时间，以减小噪点的影响。
   2.3 实现过程
   第一步：对当前图像进行亮度统计；
   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、增益；
   第四步：将新的曝光参数应用到相机；
   第五步：重复步骤一到四，直到亮度满足要求。

自动白平衡（AWB）

概念

自动白平衡就是通过一系列算法使相机在各种色温下获取到的白色均还原成正常的白色。
色温：值越低，色调越暖，值越高，色调越冷
相机的色温范围，决定于你所使用的白平衡设置。
AWB只在一定的色温范围内是准确的
相机预设3200k-7000K，白炽灯3200K，白色荧光灯4000K，日光5200K，闪光5900K，多云6000K，阴影7000K。

算法原理

找到图像中的无色点（白点）
计算所有白点的R/G/B平均值：Ravg，Gavg，Bavg
计算R/G/B增益Gain：
Rgain=Gavg/Ravg
Bgain=Gavg/Bavg
Ggain=1
将AWB Gain作用在图像上：
R’=RRgain
G’=GGgain
B’=B*Bgain
校正后白点满足：R’=G’=B’
RAW格式拍摄，更方便后期调节白平衡

自动对焦（AF）

概念

自动聚焦是能使得场景目标在成像系统中准确清晰成像的某种自动调节过程，自动聚焦方式主要可以分为主动聚焦和被动聚焦，其中主动聚焦是依赖某种距离探测方式，如超声和红外测距等，通过测量目标场景和和镜头之间的距离，然后调焦获得对焦准确的位置。被动聚焦则不需要向对焦目标物发射任何能量或信息，仅仅通过利用透入的光线和形成的图像信息进行分析来调节聚焦。被动对焦主要包括相位检测聚焦和对比度检测聚焦两类方法。

相位检测聚焦是单反相机中用的最普遍的自动对焦方法，这种聚焦系统一般由反光镜、微透镜，以及多个成像敏感器等硬件构成
其对焦原理，简单地说，通过镜头的光束被分为两个部分，分别在不同的两组成像敏感器上成像 如果对焦准确，则两幅图像相同;如果对焦不准 ，则两幅图像会出现偏移 通过比较两幅图像而检测这个偏，就能检测出聚焦的偏离状态。

相位检测自动聚焦的优点在于对焦迅速且比较精确， 缺点在于 要独特的硬件构造，造价高，且其复杂的构造不适合需要结构紧凑的情况，比如不适合在一般的数码相机及移动手机 等平 台上应用。

对比度检测聚焦是另外一种被动聚焦方法，这种方法不需要额外的硬件构造，它仅仅通过对连续获得的实际图像进行分析处理，根据前后两帧或多帧图像的对比度计算结果来控制调焦的方向和大小。其基本原理是随着调焦向准确位置越近，图像越清晰，对应的图像对比度也越大。由于不需要额外的硬件支持，这种聚焦方法广泛应用于摄像机、数码相机等成像系统。

但是，对比度检测聚焦方法往往存在以下缺点:
①聚焦速度 相对较慢:②对光照较为敏感，尤其是在低照度情况下容易失效; ③当 目标物缺乏明显的纹理细节(比如白色墙壁)时，难以准确聚焦，为了提高聚焦的速度、精度以及适应性，对比度检测自动聚焦方法受到越来越多的关注和研究。

反射式对焦（CAF）

特点：
优点：光学设计简单。
缺点：
a. 速度较慢，在出现失焦图像时，机器无法判断该移动多少，甚至往哪个方向移动镜头才能聚焦，甚至到了峰值也不知道，必须移动过了以后再往回移动，来回几次后才能找到对焦点；
b. 在物体对比度较低时会对焦失败，比如雪景，无云的蓝天以及各种纯色的图像;

相对聚焦（PDAF）

特点：先粗调再细调
优点：速度快。
缺点：
a. 需要专用PDAF sensor，并且有精度损失；
b. 在暗处效果较差，无法完全取代CAF。
目前的PDAF都是PD+contrast AF的混合对焦方式