2. 自动对焦基础

自动对焦（Auto Focus，AF）的本质，是让成像面获得尽可能高的清晰度。无论手机、相机还是工业视觉设备，AF 系统都要回答三个问题：当前是否合焦、焦点偏前还是偏后、镜头该往哪个方向移动多少。不同 AF 技术的差异，正体现在它们如何获取这三个问题的答案。理解这些差异，是低光照场景调优的前提，因为低光会直接削弱对比度、相位差和辅助测距信号的质量。

一、AF 基本原理：从清晰度评价到闭环控制

绝大多数 AF 系统都遵循“评价—搜索—锁定”的闭环逻辑。图像传感器或专用 AF 传感器持续输出清晰度评价指标，控制器据此驱动对焦马达（VCM、步进马达或超声波马达），直到评价指标达到峰值并稳定。区别在于，评价指标是来自图像对比度、相位差，还是外部测距模块。

清晰度评价函数通常基于图像高频能量，例如相邻像素灰度差、Sobel 梯度、拉普拉斯算子等。合焦时边缘最锐利，高频能量最大；离焦时边缘被模糊，高频能量下降。因此，对比度检测 AF 本质上是在搜索评价函数的峰值。相位检测 AF 则通过成对像素的相位差直接计算离焦量，属于“测距式”方法，不需要逐点搜索。激光/TOF 辅助对焦则通过发射光束并测量反射时间或三角关系，直接获得物距，再换算成镜头位置。

二、三类 AF 技术的工作机制与差异

对比度检测 AF（CDAF）使用主图像传感器数据，通过对比度评价函数判断合焦程度。它的优点是精度高、成本低、对静态场景稳定；缺点是不知道离焦方向，需要来回搜索，速度较慢，且在低对比度、低纹理区域容易失效。低光下噪声增大，高频信息被淹没，评价曲线变得平坦，容易出现“拉风箱”或对焦失败。

相位检测 AF（PDAF）在传感器上布置成对遮蔽像素，分别接收来自镜头左右（或上下）光束，通过两路信号的相位差计算离焦方向和大小。它的优点是单次即可判断方向与距离，对焦快、适合追焦；缺点是对光线角度和亮度敏感，低光下相位差信号信噪比下降，容易出现相位差误判。此外，PDAF 像素会占用成像像素面积，影响弱光画质。

激光/TOF 辅助对焦属于主动测距。激光对焦通常使用红外激光三角测距，TOF 则通过发射调制光并测量往返相位差获得深度。它们的共同优势是不依赖环境光，在纯黑、低纹理场景下仍能给出物距；缺点是作用距离有限、对反射率敏感，玻璃、镜面、黑色吸光物体会导致测距偏差，且多目标场景下容易测到错误平面。

三、三类技术的对比与适用场景

四、低光场景下的组合策略与常见误区

实际产品很少只用一种 AF 技术。常见策略是：亮光下以 PDAF 为主、CDAF 做最终精修；低光下先由激光/TOF 给出粗略物距，把镜头预置到接近合焦的位置，再由 PDAF 或 CDAF 在小范围内微调。这样既避免 CDAF 在低对比度下长时间搜索，也降低 PDAF 在低信噪比下误判的概率。

调优时可用以下参数观察各路信号的健康度：

AF_MODE = PDAF_CDAF_HYBRID
LOW_LIGHT_THRESHOLD = 10 lux
TOF_ASSIST_ENABLE = 1
TOF_RANGE_LIMIT = 1.2 m
PDAF_CONFIDENCE_MIN = 0.65
CDAF_SEARCH_RANGE = ±3 step
VCM_SETTLE_TIME = 12 ms