手机摄像头自动对焦的原理！

Posted 2023-05-01

手机的自动对焦和普通相机的自动对焦不同，它不能对感光元件进行调整。因此手机上所谓的自动对焦功能，本质上是集成在手机ISP（图像信号处理器）中的一套数据计算方法。当取景器捕捉到最原始的图像后，这些图像数据会被当作原始资料传送至ISP中，此时ISP便会对原始数据进行分析，检查图像中毗邻像素之间的密度差异。如果原始图像的对焦是不准确的，那么毗邻的像素密度将十分接近。而此时ISP会有一套单独的算法对这些像素进行调整——这一过程反映在手机使用者眼中的，便是自动对焦过程。不同的拍照模块采用的算法也不同，自动对焦的质量当然也不尽相同。
通过上述算法得知目前镜头是否或远或近通过将摄像头锁入音圈马达来实现的，音圈马达简称（VCM），它主要有线圈，磁铁组和弹片构成，线圈通过上下两个弹片固定在磁铁组内，当给线圈通电时，线圈会产生磁场，线圈磁场和磁石组相互作用，线圈会向上移动，而锁在线圈里的摄像头便一起移动，当断电时，线圈在弹片弹力下返回，这样就实现了自动对焦功能。 参考技术A 自动对焦大体上可以分为CD和PD两种技术。
CD是contrast dection，靠软件算法分析图像中携带的contrast多少，理论上认为对焦越好的图像contrast越大，contrast最大的时候对焦最清晰，所以CD原理是算法推动镜头马达，扫描整个行程，找到图像中contrast最大的马达位置。分析图像需要很高的算力，所以ISP一般会提供底层数据支持，帮软件统计好画面各个区域的contrast值，供软件选用。
PD是phase detection，原理是检测图像的相位，通过专用的光学和像素设计，把图像分成左右两路，通过两路图像分开的距离可以判定离焦的程度，然后算法可以直接计算出补偿量，驱动镜头马达一次性到达准确对焦的位置。
CD的优点是完全不依赖硬件，只需要图像本身，但是需要扫描，对焦速度慢，并且不一定准。PD则需要专门的sensor和配套光路电路，硬件成本比较高，但是对焦速度快，效果更好。

Android中调用摄像头并自动对焦拍照

代码与范例：
首先需要在Manifest文件中添加以下内容：

以使程序获取摄像头使用以及自动对焦功能的使用权限。

CameraTestActivity.java

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.view.Window;
import android.view.WindowManager;

public class CameraTestActivity extends Activity 
    @Override
    public void onCreate(Bundle bundle) 
        super.onCreate(bundle);
        getWindow().clearFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_FORCE_NOT_FULLSCREEN);
        getWindow().addFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN);
        requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE);// 设置横屏模式以及全屏模式
        setContentView(new CameraView(this)); //设置View
    

复制代码

　　CameraView.java

import java.io.FileOutputStream;

import android.content.Context;
import android.hardware.Camera;
import android.os.Environment;
import android.view.MotionEvent;
import android.view.SurfaceHolder;
import android.view.SurfaceView;

public class CameraView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback, Camera.PictureCallback 
    private SurfaceHolder holder;
    private Camera camera;
    private boolean af;

    public CameraView(Context context) //构造函数
        super(context);

        holder = getHolder();//生成Surface Holder
        holder.addCallback(this);

        holder.setType(SurfaceHolder.SURFACE_TYPE_PUSH_BUFFERS);//指定Push Buffer
    

    public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) //Surface生成事件的处理
try 
            camera = Camera.open();//摄像头的初始化
            camera.setPreviewDisplay(holder);
         catch (Exception e) 
        
    

    @Override
    public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) //Surface改变事件的处理
        Camera.Parameters parameters = camera.getParameters();
        parameters.setPreviewSize(width, height);
        camera.setParameters(parameters);//设置参数
        camera.startPreview();//开始预览
    

    public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) //Surface销毁时的处理
        camera.setPreviewCallback(null);
        camera.stopPreview();
        camera.release();
        camera =null;
    

    @Override
    public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) //屏幕触摸事件
if (event.getAction() == MotionEvent.ACTION_DOWN) //按下时自动对焦
            camera.autoFocus(null);
            af =true;
        
if (event.getAction() == MotionEvent.ACTION_UP && af ==true) //放开后拍照
            camera.takePicture(null, null, this);
            af =false;
        
returntrue;
    

    public void onPictureTaken(byte[] data, Camera camera) //拍摄完成后保存照片
try 
            String path = Environment.getExternalStorageDirectory() +"/test.jpg";
            data2file(data, path);
         catch (Exception e) 
        
        camera.startPreview();
    

    private void data2file(byte[] w, String fileName) throws Exception //将二进制数据转换为文件的函数
        FileOutputStream out =null;
try 
            out =new FileOutputStream(fileName);
            out.write(w);
            out.close();
         catch (Exception e) 
if (out !=null)
                out.close();
throw e;
        
    

复制代码

　　说明：这是一个简单的示例程序。功能是使用自动对焦功能拍摄一张照片保存于SD卡根目录下。需要注意的是要在manifest文件中声明相关的许可。本例中许多参数都没有设置，可以根据具体需要进行适当的修改以满足特定要求。