2. AF 对焦原理：CDAF、PDAF 与 LDAF 深度解析

自动对焦（Auto Focus, AF）是 ISP 成像链路中决定图像清晰度的核心环节。在嵌入式相机系统中，主流的对焦技术包括对比度对焦（CDAF）、相位对焦（PDAF）和激光对焦（LDAF）。三种技术各有优劣，实际工程中常采用混合对焦策略来兼顾速度与精度。

2.1 对比度对焦（CDAF）

CDAF 是最早被广泛应用的被动对焦技术。其核心思想是：图像越清晰，相邻像素间的亮度/颜色梯度（对比度）越大。ISP 通过移动镜头并实时计算图像中某一区域的对比度值，找到对比度最大的镜头位置即为合焦点。

2.1.1 工作原理

1. ROI 选取： 在图像中划定对焦窗口（通常为画面中央区域）。
2. 对比度计算： 使用 Sobel、Laplacian 或 Tenengrad 算子计算窗口内的梯度能量。
3. 爬山搜索： 驱动马达从近端向远端移动，每步采集一帧并计算对比度值，记录峰值位置。
4. 合焦判定： 当对比度值达到全局最大值且满足阈值条件时，停止搜索。

2.1.2 优劣分析

2.2 相位对焦（PDAF）

PDAF 通过在图像传感器上集成专用的相位检测像素（PD Pixel），直接测量入射光线的相位差，从而一次性计算出镜头应该移动的方向和距离，无需反复搜索。

2.2.1 工作原理

• PD 像素结构： 在 Bayer 阵列中每隔若干像素插入一对“左遮挡”和“右遮挡”像素，分别只接收来自镜头左半部分和右半部分的光线。
• 相位差计算： 比较左右 PD 像素输出的信号波形，计算其偏移量（Phase Difference）。
• 离焦量映射： 通过标定曲线将相位差转换为镜头需要移动的物理距离（Defocus Value）。
• 一步到位： 驱动马达直接移动到目标位置，通常只需 1~2 帧即可完成对焦。

2.2.2 PDAF vs CDAF 关键参数对比

2.3 激光对焦（LDAF）

LDAF 属于主动对焦技术，通过发射激光束并测量其反射时间（ToF, Time of Flight）来直接获取目标距离，然后根据镜头距离-合焦映射表驱动马达。

2.3.1 工作原理

1. 激光发射： 通常使用 850nm 或 940nm 的 VCSEL 激光器发射调制光脉冲。
2. 反射接收： SPAD（单光子雪崩二极管）或 APD 传感器接收反射光。
3. 距离计算： 根据光速和飞行时间计算距离：Distance = (c × Δt) / 2。
4. 镜头映射： 查表将距离值转换为镜头马达的驱动步数。

2.3.2 三种对焦技术综合对比

2.4 工程实践建议

• 混合对焦优先级： 建议默认使用 PDAF 进行快速粗定位，然后切换 CDAF 进行精调。在光照低于 50 lux 时，强制启用 LDAF 辅助。
• 标定数据管理： PDAF 的相位差-离焦量曲线和 LDAF 的距离-马达步数表都需要在产线逐台校准，并存储在 OTP 或 EEPROM 中。
• 故障排查 checklist：
  • 对焦慢 → 检查 PDAF 是否生效、PD 像素是否被遮挡。
  • 对焦不准 → 检查 CDAF 的 ROI 是否落在低纹理区域。
  • 暗光对焦失败 → 检查 LDAF 激光功率是否达标、SPAD 是否饱和。
  • 拉风箱 → 检查爬山算法的步长和峰值检测阈值。