android camera系统3A模式及其状态转换（二）

最新推荐文章于 2024-12-10 17:44:09 发布
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分类专栏： android camera 文章标签： android camera camera HAL 3A HAL v3
本文详细解析了自动对焦(AF)、自动曝光(AE)及自动白平衡(AWB)的状态机模型，涵盖不同模式下各状态之间的转换逻辑及其触发条件。同时介绍了如何通过手动控制覆盖自动控制，为开发者提供深入理解相机3A系统的指南。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

 

5.        AF state machines

 

mode = AF_MODE_OFF or AF_MODE_EDOF   
StateTransformation causeNew stateNotes
INACTIVE  AF is disabled
mode = AF_MODE_AUTO or AF_MODE_MACRO   
StateTransformation causeNew stateNotes
INACTIVEAF_TRIGGERACTIVE_SCANStart AF sweep      Lens now moving
ACTIVE_SCANAF sweep doneFOCUSED_LOCKEDIf AF successful Lens now locked
ACTIVE_SCANAF sweep doneNOT_FOCUSED_LOCKEDIf AF successful      Lens now locked
ACTIVE_SCANAF_CANCELINACTIVECancel/reset AF      Lens now locked
FOCUSED_LOCKEDAF_CANCELINACTIVECancel/reset AF
FOCUSED_LOCKEDAF_TRIGGERACTIVE_SCANStart new sweep      Lens now moving
NOT_FOCUSED_LOCKEDAF_CANCELINACTIVECancel/reset AF
NOT_FOCUSED_LOCKEDAF_TRIGGERACTIVE_SCANStart new sweep      Lens now moving
All statesmode changeINACTIVE 
mode = AF_MODE_CONTINUOUS_VIDEO   
StateTransformation causeNew stateNotes
INACTIVEHAL initiates new scanPASSIVE_SCANStart AF sweep      Lens now moving
INACTIVEAF_TRIGGERNOT_FOCUSED_LOCKEDAF state query       Lens now locked
PASSIVE_SCANHAL completes current scanPASSIVE_FOCUSEDEnd AF scan      Lens now locked
PASSIVE_SCANAF_TRIGGERFOCUSED_LOCKEDImmediate transformation      if focus is good      Lens now locked
PASSIVE_SCANAF_TRIGGERNOT_FOCUSED_LOCKEDImmediate transformation      if focus is bad      Lens now locked
PASSIVE_SCANAF_CANCELINACTIVEReset lens position      Lens now locked
PASSIVE_FOCUSEDHAL initiates new scanPASSIVE_SCANStart AF scan      Lens now moving
PASSIVE_FOCUSEDAF_TRIGGERFOCUSED_LOCKEDImmediate transformation      if focus is good      Lens now locked
PASSIVE_FOCUSEDAF_TRIGGERNOT_FOCUSED_LOCKEDImmediate transformation      if focus is bad      Lens now locked
FOCUSED_LOCKEDAF_TRIGGERFOCUSED_LOCKEDNo effect
FOCUSED_LOCKEDAF_CANCELINACTIVERestart AF scan
NOT_FOCUSED_LOCKEDAF_TRIGGERNOT_FOCUSED_LOCKEDNo effect
NOT_FOCUSED_LOCKEDAF_CANCELINACTIVERestart AF scan
mode = AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE   
StateTransformation causeNew stateNotes
INACTIVEHAL initiates new scanPASSIVE_SCANStart AF scan      Lens now moving
INACTIVEAF_TRIGGERNOT_FOCUSED_LOCKEDAF state query      Lens now locked
PASSIVE_SCANHAL completes current scanPASSIVE_FOCUSEDEnd AF scan      Lens now locked
PASSIVE_SCANAF_TRIGGERFOCUSED_LOCKEDEventual transformation once focus good      Lens now locked
PASSIVE_SCANAF_TRIGGERNOT_FOCUSED_LOCKEDEventual transformation if cannot focus      Lens now locked
PASSIVE_SCANAF_CANCELINACTIVEReset lens position      Lens now locked
PASSIVE_FOCUSEDHAL initiates new scanPASSIVE_SCANStart AF scan      Lens now moving
PASSIVE_FOCUSEDAF_TRIGGERFOCUSED_LOCKEDImmediate transformation if focus is good      Lens now locked
PASSIVE_FOCUSEDAF_TRIGGERNOT_FOCUSED_LOCKEDImmediate transformation if focus is bad      Lens now locked
FOCUSED_LOCKEDAF_TRIGGERFOCUSED_LOCKEDNo effect
FOCUSED_LOCKEDAF_CANCELINACTIVERestart AF scan
NOT_FOCUSED_LOCKEDAF_TRIGGERNOT_FOCUSED_LOCKEDNo effect
NOT_FOCUSED_LOCKEDAF_CANCELINACTIVERestart AF scan

6.        AE and AWB state machines

AE和AWB的状态机基本上是完全相同的。AE有额外的FLASH_REQUIRED和PRECAPTURE状态。所以下面行中涉及这两个状态时，AWB状态机忽略之。

  

mode = AE_MODE_OFF / AWB mode not AUTO   
StateTransformation causeNew stateNotes
INACTIVE  AE/AWB disabled
mode = AE_MODE_ON_* / AWB_MODE_AUTO   
StateTransformation causeNew stateNotes
INACTIVEHAL initiates AE/AWB scanSEARCHING 
INACTIVEAE/AWB_LOCK onLOCKEDValues locked
SEARCHINGHAL finishes AE/AWB scanCONVERGEDGood values, not changing
SEARCHINGHAL finishes AE scanFLASH_REQUIREDConverged but too dark without flash
SEARCHINGAE/AWB_LOCK onLOCKEDValues locked
CONVERGEDHAL initiates AE/AWB scanSEARCHINGValues locked
CONVERGEDAE/AWB_LOCK onLOCKEDValues locked
FLASH_REQUIREDHAL initiates AE/AWB scanSEARCHINGValues locked
FLASH_REQUIREDAE/AWB_LOCK onLOCKEDValues locked
LOCKEDAE/AWB_LOCK offSEARCHINGValues not good after unlock
LOCKEDAE/AWB_LOCK offCONVERGEDValues good after unlock
LOCKEDAE_LOCK offFLASH_REQUIREDExposure good, but too dark
All AE statesPRECAPTURE_STARTPRECAPTUREStart precapture sequence
PRECAPTURESequence done, AE_LOCK offCONVERGEDReady for high-quality capture
PRECAPTURESequence done, AE_LOCK onLOCKEDReady for high-quality capture

7.        Enabling manual control

 

在配置3A模块中所涉及的一些控制，允许application直接控制。

对于每个请求，HAL层负责3A控制的模块会检查3A控制字段的状态。如果有3A事例使能，这些事例可能会重置该事例相关的控制变量，重置的值会放置于此次捕获的结果元数据中。例如，如果在一个请求中自动曝光使能，HAL层会重置这个请求中的曝光值，增益和帧周期字段（和潜在的闪光灯字段，依赖于AE模式）。相关控制如下：

Control nameUnitNotes
android.control.modeenum: OFF, AUTO, USE_SCENE_MODEHigh-level 3A control. When set to OFF, all 3A control by the HAL is disabled. The application must set the fields for capture parameters itself.      When set to AUTO, the individual algorithm controls in android.control.* are in effect, such as android.control.afMode.      When set to USE_SCENE_MODE, the individual controls in android.control.* are mostly disabled, and the HAL implements one of the scene mode settings (such as ACTION, SUNSET, or PARTY) as it wishes.
android.control.afModeenumOFF means manual control of lens focusing through android.lens.focusDistance.
android.control.aeModeenumOFF means manual control of exposure/gain/frame duration through android.sensor.exposureTime / .sensitivity / .frameDuration
android.control.awbModeenumOFF means manual control of white balance.

 （全文完）

https://source.android.com/devices/camera/camera3_3Amodes.html#af-state

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为了支持Android框架保存原始图像文件，需要有关传感器特性的大量元数据。这包括诸如色彩空间和镜头阴影功能之类的信息。这些信息大部分是相机子系统的静态属性，因此可以在配置任何输出管道或提交任何请求之前进行查询。新的相机API大大扩展了该 getCameraInfo()方法提供的信息，以将该信息提供给应用程序。另外，对照相机子系统的手动控制需要来自各种设备的有关其当前状态以及用于捕获给定帧的实际参数的反馈。硬件实际使用的控件的实际值（曝光时间，帧持续时间和灵敏度）必须包含在输出元数据中。这是必不可少的，以便
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虽然实际的 3A 算法取决于 HAL 实现，但高级状态机的说明由 HAL 接口定义，以支持 HAL 设备和框架就 3A 的当前状态进行通信并触发 3A 事件。 当设备开启时，所有单独的 3A 状态都必须为 STATE_INACTIVE。流配置不会重置 3A。例如，在整个 configure() 调用期间必须保持焦点锁定。 要触发 3A 操作，只需在下一个请求的设置中设置相关触发条目，以指示触发开始即可。例如，若要触发自动对焦扫描的启动操作，只需将相应请求的 ANDROID_CONTROL_AF_TRIGGE
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camera参数介绍及3A编程算法
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本讲是Android Camera专题系列的第33讲，我们介绍Android Camera2 API专题的AE自动曝光实战，包括如下内容： AE自动曝光流程 EV控制流程 AE Lock流程 视频在线观看： Android Camera2 API精讲-Array-Android视频教程-移动开发-优快云程序员研修院 加入知识星球与更多Camera同学交流 – 星球名称：深入浅出Android Camera – 星球ID: 17296815 GeekCamera2 AE自动曝光流程 回顾Ge
Camera 3A 入门
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从事camera影像相关的都会接触到3A的概念，但3A跟其它的ISP module不同，并不是简单和固定的一个模块，涉及到的功能和流程非常长。 之所以有3A的概念，我猜测是因为早期的相机，在从手动到自动的过程中 3A是一个功能宣传点，相对应的还有2A（AE/AWB）。 camera里面只有AE/AWB/AF才能被称作3A，后面的像auto，像人脸识别，夜景，场景识别都显得弱小了一点。 还有一个原因就是 3A里面每个A的框架非常接近，一般都是ISP 输出statistics，算法根据这个统计值做相应的处
Camera-3A AE/AWB/AF
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AE(自动曝光-画面亮度)、AWB(自动白平衡-画面色彩程度)、AF(自动对焦-影响焦距以及是否清晰)。
【camera之3a】AE
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camera2的一些参数
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Camera光学、成像和 3A 算法 (视觉)，camera开发_相机3a算法(1)
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一般数码相机的传感器（CCD 或 CMOS）约占整机总成本的 10%~25%，为了减少成本，缩小体积，市场上的数码相机大多采用 CFA 模式，即在像素阵列的表面覆盖一层彩色滤波阵列（Color Filter Array，CFA），彩色滤波阵列有多种，现在应用最广泛的是 Bayer 格式滤波阵列，满足 GRBG 规律，绿色像素数是红色或蓝色像素数的两倍，这是因为人眼对可见光光谱敏感度的峰值位于中波段，这正好对应着绿色光谱成分。一般来说，我们可以通俗的用RGB三基色的概念来理解颜色的分解和合成。
Camera 的3A
kickxxx的专栏
12-05 9160
就是AE AF AWB Auto Expose Auto Focus Auto White Balance
Android camera metadata是什么？
最新发布
08-02
<think>我们正在讨论Android相机元数据（Camera Metadata）。根据用户的问题，需要详细解释Android camera metadata的含义、用途及其应用场景。同时，根据系统指令，我们需要正确使用LaTeX格式，并生成相关问题。 首先，我们回顾一下引用内容： 引用[1]提到：CameraMetadata在Android的Camera2 API中起到了关键的作用。它提供了一种机制，使应用程序能够获取关于相机硬件和其当前状态的元数据。这些元数据包括各种信息，例如相机传感器的状态、镜头的朝向、闪光灯的充电状态、自动曝光和自动对焦模式等。 引用[2]则概述了Android Camera模块的重要性，但没有直接提到元数据。 因此，我们将重点围绕Camera2 API中的CameraMetadata展开。 ### 含义 在Android Camera2 API中，相机元数据（Camera Metadata）是一组描述相机设备特性和当前状态的数据。这些数据以键值对（key-value）的形式组织，其中键（key）是预定义的常量，值（value）可以是整数、浮点数、字符串、数组或自定义结构。元数据分为两类： 1. **静态元数据（Static Metadata）**：描述相机设备的固定特性，如支持的硬件级别、支持的自动对焦模式、支持的分辨率等。这些信息在相机打开时就可以获取，并且不会改变。 2. **动态元数据（Dynamic Metadata）**：描述相机在运行时的状态，例如当前的自动对焦状态、曝光补偿值、3A（自动对焦、自动曝光、自动白平衡）状态等。这些信息在每次捕获请求后更新。 ### 用途 相机元数据的主要用途包括： 1. **配置相机**：应用程序可以通过读取静态元数据来了解相机的功能，从而设置合适的参数。例如，根据支持的预览尺寸来设置预览Surface的尺寸。 2. **控制相机**：在捕获请求（CaptureRequest）中，应用程序设置元数据键值来控制相机的行为，如设置自动对焦模式、曝光时间等。 3. **获取相机状态**：通过捕获结果（CaptureResult）中的动态元数据，应用程序可以了解当前帧的拍摄状态，例如是否成功对焦、曝光是否合适等，从而做出相应调整。 ### 应用场景 1. **高级拍照功能**：在专业相机应用中，用户需要手动调整参数（如ISO、曝光时间、白平衡等）。元数据提供了这些参数的当前值以及可设置的范围，使得应用能够提供精确的控制。 2. **实时分析**：在AR（增强现实）应用中，需要根据每一帧的元数据（如焦距、传感器时间戳等）来同步虚拟物体和现实世界。 3. **自动调整**：在智能拍摄中，应用可以通过分析动态元数据（如3A状态）来自动调整参数以获得最佳图像质量。 4. **多摄像头协同**：在多摄像头设备上，元数据可以用于同步不同摄像头之间的操作，例如在双摄人像模式中，通过两个摄像头的元数据计算深度图。 ### 技术细节 在Camera2 API中，元数据通过`CameraCharacteristics`（静态元数据）和`CaptureResult`（动态元数据）类来访问。例如： - 获取静态元数据：通过`CameraManager`获取`CameraCharacteristics`对象，然后使用`get`方法查询特定键。 - 获取动态元数据：在`CaptureCallback`中，通过`CaptureResult`对象获取。 例如，获取相机支持的最大预览尺寸： ```java CameraManager manager = (CameraManager) context.getSystemService(Context.CAMERA_SERVICE); String cameraId = manager.getCameraIdList()[0]; CameraCharacteristics characteristics = manager.getCameraCharacteristics(cameraId); StreamConfigurationMap map = characteristics.get(CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP); Size[] previewSizes = map.getOutputSizes(SurfaceTexture.class); ``` ### 数学表达 在相机元数据中，有些参数涉及数学计算，例如： - 曝光值（EV）的计算公式为： $$ EV = \log_2\left(\frac{N^2}{t}\right) $$ 其中$N$是光圈值，$t$是曝光时间（秒）[^3]。 - 焦距转换：在计算视野（FOV）时，使用焦距$f$和传感器尺寸$d$（对角线长度）： $$ \text{FOV} = 2 \arctan\left(\frac{d}{2f}\right) $$ ### 总结 Android相机元数据是Camera2 API的核心组成部分，它提供了相机硬件和状态的详细信息，使得应用程序能够精确控制相机并实现高级功能。 §§相关问题§§ 1. Camera2 API中如何获取静态元数据？ 2. 动态元数据在相机自动控制（如3A）中起到什么作用？ 3. 如何利用相机元数据实现手动曝光控制？ 4. 在多摄像头系统中，元数据如何帮助实现深度信息计算？ 注意：以上引用[^1]和[^2]来自用户提供的参考内容，但用户提供的引用中并没有关于数学公式的引用[^3]，因此在实际应用中需要根据实际情况引用。这里为了示例，我们假设[^3]是来自其他相关文献。</think>### Android Camera Metadata 详解及其应用场景 #### 一、Camera Metadata 基本概念 在 Android Camera2 API 中，**Camera Metadata** 是一套结构化的键值对系统，用于描述相机硬件特性和实时状态。它包含两类关键数据： 1. **静态元数据**（`CameraCharacteristics`） 描述相机固有特性，如： - 支持的硬件级别（`INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL`） - 可用分辨率（`SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP`） - 最大对焦区域数量（`CONTROL_MAX_REGIONS_AF`） $$ \text{静态数据} = \{ \text{key}_i \mapsto \text{value}_i \mid i \in \text{硬件特性集} \} $$ 2. **动态元数据**（`CaptureResult`） 实时反馈相机状态，如： - 当前对焦状态（`CONTROL_AF_STATE`） - 曝光补偿值（`CONTROL_AE_EXPOSURE_COMPENSATION`） - 传感器时间戳（`SENSOR_TIMESTAMP`） #### 二、核心元数据详解 | 元数据类型 | 关键键值示例 | 数学表达 | 用途说明 | |--------------------|---------------------------------------|------------------------------|------------------------------| | **传感器参数** | `SENSOR_INFO_PIXEL_ARRAY_SIZE` | $W \times H$ (像素矩阵尺寸) | 计算视野角(FOV) | | **3A控制** | `CONTROL_AE_MODE` | $E_v = \log_2(N^2/t)$ (曝光值) | 自动曝光控制 | | **镜头畸变** | `LENS_DISTORTION` | $r&#39; = r(1 + k_1r^2 + k_2r^4)$ | 图像校正 | | **帧同步** | `SENSOR_FRAME_DURATION` | $\Delta t = 1/f_\text{帧率}$ | 视频流同步 | #### 三、典型应用场景 1. **专业摄影控制** 通过元数据实现手动参数设置： ```java CaptureRequest.Builder request = cameraDevice.createCaptureRequest(TEMPLATE_MANUAL); request.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE, CONTROL_AE_MODE_OFF); request.set(CaptureRequest.SENSOR_EXPOSURE_TIME, 10000000L); // 10ms曝光 request.set(CaptureRequest.SENSOR_SENSITIVITY, 800); // ISO 800 ``` 2. **AR场景融合**（增强现实） 利用姿态元数据实现虚拟物体定位： $$ \begin{bmatrix} x&#39; \\ y&#39; \end{bmatrix} = K \cdot \begin{bmatrix} R \mid t \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} X_w \\ Y_w \\ Z_w \\ 1 \end{bmatrix} $$ 其中 $K$ 通过 `LENS_INTRINSIC_CALIBRATION` 获取，$[R \mid t]$ 来自 `SENSOR_POSE`[^1]。 3. **多摄协同** 深度图生成依赖双摄元数据对齐： ```java CameraCharacteristics primary = getChars(CAMERA_ID_BACK); CameraCharacteristics depth = getChars(CAMERA_ID_DEPTH); Rect primaryFOV = primary.get(CameraCharacteristics.SENSOR_INFO_ACTIVE_ARRAY_SIZE); Rect depthFOV = depth.get(CameraCharacteristics.SENSOR_INFO_ACTIVE_ARRAY_SIZE); Matrix transform = calculateHomography(primaryFOV, depthFOV); // 坐标变换矩阵 ``` 4. **HDR成像优化** 基于 `SENSOR_DYNAMIC_BLACK_LEVEL` 和 `SENSOR_NOISE_PROFILE` 实现噪声建模： $$ \sigma^2(y) = a \cdot y + b $$ 其中 $a,b$ 从元数据解析，$y$ 为像素亮度值。 #### 四、开发实践要点 1. **元数据获取流程** ```mermaid graph TD A[获取CameraManager] --> B[getCameraIdList] B --> C[getCameraCharacteristics] C --> D{查询静态元数据} D --> E[创建CaptureSession] E --> F[通过CaptureResult获取动态元数据] ``` 2. **性能优化技巧** - 使用`SENSOR_INFO_TIMESTAMP_SOURCE`避免系统时钟漂移 - 通过`STATISTICS_INFO_MAX_FACE_COUNT`预分配人脸检测缓存 - 利用`REQUEST_PIPELINE_MAX_DEPTH`优化请求队列深度 #### 五、挑战与趋势 1. **计算摄影挑战** 多帧合成需精确对齐，依赖 `SENSOR_ROLLING_SHUTTER_SKEW` 校正果冻效应： $$ \Delta t_{\text{行延迟}} = \frac{H_\text{total}}{f_\text{readout}} $$ 2. **AI融合方向** 元数据驱动ML模型选择，如根据 `LENS_FOCUS_DISTANCE` 自动切换人像/微距模式。 ---
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