3A 模式和状态转换

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。例如,若要触发启动自动对焦扫描,便只需将相应请求的 ANDROID_CONTROL_AF_TRIGGER 条目设为 ANDROID_CONTROL_AF_TRIGGER_START;若要触发取消自动对焦扫描,则只需将 ANDROID_CONTROL_AF_TRIGGER 设为 ANDROID_CONTRL_AF_TRIGGER_CANCEL。否则,条目将会不存在或被设为 ANDROID_CONTROL_AF_TRIGGER_IDLE。凡是具有已设为非 IDLE 值的触发条目的请求,都会被视为独立的触发事件。

在顶层,3A 由 ANDROID_CONTROL_MODE 设置控制。该设置选项包括关闭 3A (ANDROID_CONTROL_MODE_OFF)、正常自动 (AUTO) 模式 (ANDROID_CONTROL_MODE_AUTO) 以及使用场景模式 (ANDROID_CONTROL_USE_SCENE_MODE):

  • 在 OFF 模式下,自动对焦 (AF)、自动曝光 (AE) 和自动白平衡 (AWB) 模式都会有效地关闭,且任何拍摄控件都不会被 3A 例程覆盖。
  • 在 AUTO 模式下,AF、AE 和 AWB 模式都会运行各自的独立算法,且具有自己的模式、状态和触发元数据条目,如下一节所示。
  • 在 USE_SCENE_MODE 下,必须使用 ANDROID_CONTROL_SCENE_MODE 条目的值来确定 3A 例程的行为。在除 FACE_PRIORITY 以外的 SCENE_MODE 下,HAL 必须将 ANDROID_CONTROL_AE/AWB/AF_MODE 的值替换为它倾向于让所选的 SCENE_MODE 使用的模式。例如,HAL 可能倾向于在 SCENE_MODE_NIGHT 下使用 CONTINUOUS_FOCUS AF 模式。当必须忽略这些场景模式下的场景时,用户可随意选择 AE/AWB/AF_MODE。
  • 对于 SCENE_MODE_FACE_PRIORITY,AE/AWB/AFMODE 控件的工作方式与在 ANDROID_CONTROL_MODE_AUTO 模式下相同,但 3A 例程必须偏向测光,并对焦到场景中任何已检测到的人脸上。

自动对焦设置与结果条目

主要元数据条目:
ANDROID_CONTROL_AF_MODE:用于选择当前的自动对焦模式的控件。由请求设置中的框架进行设置。
AF_MODE_OFF:AF 已停用;框架/应用直接控制镜头位置。
AF_MODE_AUTO:单次自动对焦。该模式下镜头不会移动,除非 AF 被触发。
AF_MODE_MACRO:单次近距离自动对焦。该模式下镜头不会移动,除非 AF 被触发。
AF_MODE_CONTINUOUS_VIDEO:流畅连续对焦,用于录制视频。触发后会立刻将焦点锁定在当前位置。取消后即会恢复连续对焦。
AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE:快速连续对焦,用于快门零延迟静像拍摄。待当前处于活动状态的扫描结束后,触发即可锁定焦点。取消后即会恢复连续对焦。
AF_MODE_EDOF:高级扩展景深对焦。该模式下没有自动对焦扫描,所以触发或取消均无效。图像由 HAL 自动对焦。
ANDROID_CONTROL_AF_STATE:用于描述当前 AF 算法状态的动态元数据,由结果元数据中的 HAL 报告。
AF_STATE_INACTIVE:未进行对焦,或算法被重置。镜头未移动。始终处于 MODE_OFF 或 MODE_EDOF 状态。当设备开启时,必须以此状态启动。
AF_STATE_PASSIVE_SCAN:连续对焦算法正在扫描理想对焦。镜头正在移动。
AF_STATE_PASSIVE_FOCUSED:连续对焦算法认为已良好对焦。镜头未移动。HAL 可能会自发退出此状态。
AF_STATE_PASSIVE_UNFOCUSED:连续对焦算法认为未良好对焦。镜头未移动。HAL 可能会自发退出此状态。
AF_STATE_ACTIVE_SCAN:用户触发的扫描正在进行中。
AF_STATE_FOCUSED_LOCKED:AF 算法认为已对焦。镜头未移动。
AF_STATE_NOT_FOCUSED_LOCKED:AF 算法无法对焦。镜头未移动。
ANDROID_CONTROL_AFTRIGGER:用于启动自动对焦扫描的控件。具体意义取决于模式和状态。由框架在请求设置中进行设置。
AF_TRIGGER_IDLE:当前未触发。
AF_TRIGGER_START:触发启动 AF 扫描。扫描效果取决于模式和状态。
AF_TRIGGER_CANCEL:取消当前 AF 扫描(如有),并将算法重置为默认值。
其他元数据条目:
ANDROID_CONTROL_AF_REGIONS:用于选择为确定良好对焦而需使用的视野 (FOV) 区域的控件。该控件适用于所有可扫描对焦的 AF 模式。由请求设置中的框架进行设置。

自动曝光设置和结果条目

主要元数据条目:
ANDROID_CONTROL_AE_MODE:用于选择当前自动曝光模式的控件。由请求设置中的框架进行设置。
AE_MODE_OFF:自动曝光已停用;用户控制曝光、增益、帧时长和闪光。
AE_MODE_ON:标准自动曝光,闪光灯控制已停用。用户可以将闪光灯设为触发或手电筒模式。
AE_MODE_ON_AUTO_FLASH:标准自动曝光,闪光灯听从 HAL 指令开启,以进行预拍摄和静像拍摄。允许用户控制闪光灯的功能已停用。
AE_MODE_ON_ALWAYS_FLASH:标准自动曝光,闪光灯始终触发以进行拍摄,并听从 HAL 指令进行预拍摄。允许用户控制闪光灯的功能已停用。
AE_MODE_ON_AUTO_FLASH_REDEYE:标准自动曝光,闪光灯听从 HAL 指令进行预拍摄和静像拍摄。在预拍摄序列结束时使用闪光灯,以减轻最终照片中的红眼现象。允许用户控制闪光灯的功能已停用。
ANDROID_CONTROL_AE_STATE:描述当前 AE 算法状态的动态元数据,在结果元数据中由 HAL 报告。
AE_STATE_INACTIVE:切换模式后的初始 AE 状态。当设备开启时,必须以此状态启动。
AE_STATE_SEARCHING:AE 没有聚焦到一个理想值,正在调整曝光参数。
AE_STATE_CONVERGED:AE 已经为当前场景找到了理想曝光值,且曝光参数不会变化。HAL 可能会自发退出此状态以寻找更好的解决方案。
AE_STATE_LOCKED:AE 已通过 AE_LOCK 控件锁定。曝光值不变。
AE_STATE_FLASH_REQUIRED:HAL 已聚焦曝光,但认为需要启动闪光灯以保证照片足够明亮。用于确定是否可使用零快门延迟帧。
AE_STATE_PRECAPTURE:HAL 正在处理预拍序列。根据 AE 模式,该模式可能包括开启闪光灯进行测光,或发出闪光脉冲以减轻红眼现象。
ANDROID_CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER:用于在拍摄高品质图像之前启动测光序列的控件。由框架在请求设置中进行设置。
PRECAPTURE_TRIGGER_IDLE:当前未触发。
PRECAPTURE_TRIGGER_START:启动预拍序列。HAL 应使用后续请求进行衡量并达到理想的曝光/白平衡,以便接下来拍摄高分辨率的照片。
其他元数据条目:
ANDROID_CONTROL_AE_LOCK:用于将 AE 控件锁定到其当前值的控件。
ANDROID_CONTROL_AE_EXPOSURE_COMPENSATION:用于调整 AE 算法目标亮度点的控件。
ANDROID_CONTROL_AE_TARGET_FPS_RANGE:用于为 AE 算法选择目标帧速率范围的控件。AE 例程无法将帧速率变为超出这些范围的值。
ANDROID_CONTROL_AE_REGIONS:用于选择应该用于确定良好曝光水平的 FOV 区域的控件。该控件适用于除 OFF 模式外的所有 AE 模式。

自动白平衡设置和结果条目

主要元数据条目:
ANDROID_CONTROL_AWB_MODE:用于选择当前白平衡模式的控件。
AWB_MODE_OFF:自动白平衡已停用。用户控制颜色矩阵。
AWB_MODE_AUTO:自动白平衡已启用。3A 控制颜色变换,使用的变换方式可能比简单矩阵更复杂。
AWB_MODE_INCANDESCENT:适用于室内白炽灯(钨丝)照明的固定白平衡设置,约为 2700K。
AWB_MODE_FLUORESCENT:适用于荧光灯照明的固定白平衡设置,约为 5000K。
AWB_MODE_WARM_FLUORESCENT:适用于荧光灯照明的固定白平衡设置,约为 3000K。
AWB_MODE_DAYLIGHT:适用于日光的固定白平衡设置,约为 5500K。
AWB_MODE_CLOUDY_DAYLIGHT:适用于多云日光的固定白平衡设置,约为 6500K。
AWB_MODE_TWILIGHT:适用于近日落/日出的固定白平衡设置,约为 15000K。
AWB_MODE_SHADE:适用于非阳光直射区域的固定白平衡设置,约为 7500K。
ANDROID_CONTROL_AWB_STATE:描述当前 AWB 算法状态的动态元数据,在结果元数据中由 HAL 报告。
AWB_STATE_INACTIVE:切换模式后的初始 AWB 状态。当设备开启时,必须以此状态启动。
AWB_STATE_SEARCHING:AWB 未聚焦为一个理想值,正在改变颜色调整参数。
AWB_STATE_CONVERGED:AWB 已发现适用于当前场景的理想颜色调整值,参数不会更改。HAL 可能会自发退出此状态,以寻找更好的解决方案。
AWB_STATE_LOCKED:AWB 已由 AWB_LOCK 控件锁定。颜色调整值不会更改。
其他元数据条目:
ANDROID_CONTROL_AWB_LOCK:用于将 AWB 颜色调整锁定为当前值的控件。
ANDROID_CONTROL_AWB_REGIONS:用于选择应该用于确定良好色彩平衡的 FOV 区域的控件。该模式仅适用于自动白平衡模式。

一般状态机转换说明

在 AF、AE 和 AWB 模式之间切换模式始终会将算法状态重置为 INACTIVE 状态。同样,如果 CONTROL_MODE == USE_SCENE_MODE,在 CONTROL_MODE 和 CONTROL_SCENE_MODE 之间切换也会将所有算法状态重置为 INACTIVE 状态。
下表列出了各模式的情况。

AF 状态机

模式 = AF_MODE_OFF 或 AF_MODE_EDOF
状态 转换原因 新状态 备注
INACTIVE AF 已停用
模式 = AF_MODE_AUTO 或 AF_MODE_MACRO
状态 转换原因 新状态 备注
INACTIVE AF_TRIGGER ACTIVE_SCAN 开始 AF 扫描 镜头正在移动
ACTIVE_SCAN AF 扫描已完成 FOCUSED_LOCKED 若 AF 成功 镜头现已锁定
ACTIVE_SCAN AF 扫描已完成 NOT_FOCUSED_LOCKED 若 AF 成功 镜头现已锁定
ACTIVE_SCAN AF_CANCEL INACTIVE 取消/重置 AF 镜头现已锁定
FOCUSED_LOCKED AF_CANCEL INACTIVE 取消/重置 AF
FOCUSED_LOCKED AF_TRIGGER ACTIVE_SCAN 开始新的扫描 镜头正在移动
NOT_FOCUSED_LOCKED AF_CANCEL INACTIVE 取消/重置 AF
NOT_FOCUSED_LOCKED AF_TRIGGER ACTIVE_SCAN 开始新的扫描 镜头正在移动
所有状态 模式更改 INACTIVE
模式 = AF_MODE_CONTINUOUS_VIDEO
状态 转换原因 新状态 备注
INACTIVE HAL 启动新的扫描 PASSIVE_SCAN 开始 AF 扫描 镜头正在移动
INACTIVE AF_TRIGGER NOT_FOCUSED_LOCKED AF 状态查询 镜头现已锁定
PASSIVE_SCAN HAL 完成当前扫描 PASSIVE_FOCUSED 结束 AF 扫描 镜头现已锁定
PASSIVE_SCAN AF_TRIGGER FOCUSED_LOCKED 若对焦理想,则立即转换 镜头现已锁定
PASSIVE_SCAN AF_TRIGGER NOT_FOCUSED_LOCKED 若对焦不良,则立即转换 镜头现已锁定
PASSIVE_SCAN AF_CANCEL INACTIVE 重置镜头位置 镜头现已锁定
PASSIVE_FOCUSED HAL 启动新的扫描 PASSIVE_SCAN 开始 AF 扫描 镜头正在移动
PASSIVE_FOCUSED AF_TRIGGER FOCUSED_LOCKED 若对焦理想,则立即转换 镜头现已锁定
PASSIVE_FOCUSED AF_TRIGGER NOT_FOCUSED_LOCKED 若对焦不良,则立即转换 镜头现已锁定
FOCUSED_LOCKED AF_TRIGGER FOCUSED_LOCKED 无效果
FOCUSED_LOCKED AF_CANCEL INACTIVE 重新启动 AF 扫描
NOT_FOCUSED_LOCKED AF_TRIGGER NOT_FOCUSED_LOCKED 无效果
NOT_FOCUSED_LOCKED AF_CANCEL INACTIVE 重新启动 AF 扫描
模式 = AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE
状态 转换原因 新状态 备注
INACTIVE HAL 启动新的扫描 PASSIVE_SCAN 开始 AF 扫描 镜头正在移动
INACTIVE AF_TRIGGER NOT_FOCUSED_LOCKED AF 状态查询 镜头现已锁定
PASSIVE_SCAN HAL 完成当前扫描 PASSIVE_FOCUSED 结束 AF 扫描 镜头现已锁定
PASSIVE_SCAN AF_TRIGGER FOCUSED_LOCKED 一旦对焦理想,则进行最终转换 镜头现已锁定
PASSIVE_SCAN AF_TRIGGER NOT_FOCUSED_LOCKED 若无法对焦,则进行最终转换 镜头现已锁定
PASSIVE_SCAN AF_CANCEL INACTIVE 重置镜头位置 镜头现已锁定
PASSIVE_FOCUSED HAL 启动新的扫描 PASSIVE_SCAN 开始 AF 扫描 镜头正在移动
PASSIVE_FOCUSED AF_TRIGGER FOCUSED_LOCKED 若对焦理想,则立即转换 镜头现已锁定
PASSIVE_FOCUSED AF_TRIGGER NOT_FOCUSED_LOCKED 若对焦不良,则立即转换 镜头现已锁定
FOCUSED_LOCKED AF_TRIGGER FOCUSED_LOCKED 无效果
FOCUSED_LOCKED AF_CANCEL INACTIVE 重新启动 AF 扫描
NOT_FOCUSED_LOCKED AF_TRIGGER NOT_FOCUSED_LOCKED 无效果
NOT_FOCUSED_LOCKED AF_CANCEL INACTIVE 重新启动 AF 扫描

AE 和 AWB 状态机

AE 和 AWB 状态机大致上相同。但 AE 具有额外的 FLASH_REQUIRED 和 PRECAPTURE 状态。因此,对于 AWB 状态机,应忽略下表中这两个状态对应的行。

模式 = AE_MODE_OFF/AWB 模式不是 AUTO
状态 转换原因 新状态 备注
INACTIVE AE/AWB 已停用
模式 = AE_MODE_ON_ * / AWB_MODE_AUTO
状态 转换原因 新状态 备注
INACTIVE HAL 启动 AE/AWB 扫描 SEARCHING
INACTIVE AE/AWB_LOCK 已开启 LOCKED 值已锁定
SEARCHING HAL 完成 AE/AWB 扫描 CONVERGED 理想值,不作改变
SEARCHING HAL 完成 AE 扫描 FLASH_REQUIRED 已聚焦,但无闪光灯导致过暗
SEARCHING AE/AWB_LOCK 已开启 LOCKED 值已锁定
CONVERGED HAL 启动 AE/AWB 扫描 SEARCHING 值已锁定
CONVERGED AE/AWB_LOCK 已开启 LOCKED 值已锁定
FLASH_REQUIRED HAL 启动 AE/AWB 扫描 SEARCHING 值已锁定
FLASH_REQUIRED AE/AWB_LOCK 已开启 LOCKED 值已锁定
LOCKED AE/AWB_LOCK 已关闭 SEARCHING 解锁后值不理想
LOCKED AE/AWB_LOCK 已关闭 CONVERGED 解锁后值理想
LOCKED AE_LOCK 已关闭 FLASH_REQUIRED 曝光良好但过暗
所有 AE 状态 PRECAPTURE_START PRECAPTURE 开始预拍序列
PRECAPTURE 序列完成,AE_LOCK 已关闭 CONVERGED 高质量拍摄就绪
PRECAPTURE 序列完成,AE_LOCK 已开启 LOCKED 高质量拍摄就绪

启用手动控制

配置设备 3A 块以实现直接应用控制的过程还涉及到多个控件。

用于 3A 控制的 HAL 模式的运作方式为:对于每个请求,HAL 都会检查 3A 控制字段的状态。如果启用了任何 3A 例程,则该例程会覆盖与该例程相关的控制变量,然后这些覆盖值会在该拍摄的结果元数据中提供。例如,如果在请求中启用自动曝光,则 HAL 应覆盖请求的曝光、增益和帧时长字段(还可能包括闪光灯字段,具体取决于 AE 模式)。相关控件如下:

控件名称 单位 备注
android.control.mode 枚举:OFF、AUTO、USE_SCENE_MODE 高级 3A 控制。当设为 OFF 时,所有由 HAL 启用的 3A 控件都会被停用。应用必须为拍摄参数本身设置字段。当设为 AUTO 时,android.control.* 中的单个算法控件(例如 android.control.afMode)会生效。当设为 USE_SCENE_MODE 时,android.control.* 中的各控件大都被停用;HAL 根据需要,实现其中的一个场景模式设置(如 ACTION、SUNSET 或 PARTY)。
android.control.afMode 枚举 OFF 表示使用 android.lens.focusDistance 手动控制镜头。
android.control.aeMode 枚举 OFF 表示使用 android.sensor.exposureTime / .sensitivity / .frameDuration 手动控制曝光/增益/帧时长。
android.control.awbMode 枚举 OFF 表示手动控制白平衡。