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第14章：Camera2におけるマニュアル露出

第13章で学んだ写真の理論をコードに落とし込みます。カメラのオート露出 (AE) システムを完全に掌握し、ISOとシャッタースピードを Camera2 API で手動設定する方法を学びます。

Android Camera Parameters アプリでは、この章で紹介するすべてのテクニックを確認できます。アプリのマニュアルモードで ISO やシャッター速度のスライダーを動かし、リアルタイムで変化する結果を観察してみてください。

大きな切り替え：AUTOからMANUALへ​

デフォルトでは、すべてのキャプチャリクエストはカメラ内蔵の 3A オートパイプライン（露出、フォーカス、ホワイトバランス）の下で動作します。マニュアル操作を行うには、このパイプラインを明示的に無効化する必要があります。

無効化には 2 つのレベルがあります：

  1. AE のみを無効化: CONTROL_AE_MODE = OFF。ISO とシャッターが手動になります。AF と AWB はオートのままです。
  2. 3A 全体を無効化: CONTROL_MODE = OFF。すべてのオートアルゴリズムが停止します。すべてのパラメータを手動で設定する必要があります。

信頼性の高いマニュアル露出を実現するには、両方を設定するのが最もクリーンで予測可能な方法です。

反映までの遅延： CMOS センサーの構造上、設定を変更してから実際に画面に反映されるまでには 3〜5 フレームの遅延 が発生します。

Camera2 API におけるマニュアル制御​

SENSOR_SENSITIVITY (ISO)​

Camera2 では ISO を CaptureRequest.SENSOR_SENSITIVITY という整数値で表現します。ほとんどのデバイスで写真の ISO 値と 1:1 で対応しています。

必ず有効範囲を照会してください。 値をハードコードしてはいけません：

val sensorSensitivityRange = characteristics.get(
    CameraCharacteristics.SENSOR_INFO_SENSITIVITY_RANGE
)
val minIso = sensorSensitivityRange?.lower ?: 100
val maxIso = sensorSensitivityRange?.upper ?: 6400

SENSOR_EXPOSURE_TIME (ナノ秒単位のシャッター)​

Camera2 開発における最大の罠：シャッタースピードの単位は秒ではなく、ナノ秒 (ns) です。

  • 1秒 = 1,000,000,000 ナノ秒
  • 1/60秒 ≈ 16,666,666 ナノ秒

代表的な値の対応表：

人間が考えるシャッターナノ秒 (ns)
1/1000秒1,000,000
1/60秒16,666,666
1秒1,000,000,000

⚠️ 重要：マニュアルモードにおける画質の劣化​

これはこの章で最も重要な警告です。

CONTROL_MODE = OFF（完全なマニュアル）に設定すると、AE/AF/AWB のアルゴリズムが無効になるだけでなく、ほとんどの Android デバイスで OEM 独自の計算処理（後処理）も無効化されます。

これには、マルチフレームノイズ低減、適正なトーンマッピング、HDR 合成などが含まれます。そのため、マニュアルモードで撮影した写真は、オートモードで同じ ISO/シャッター値になった場合よりもノイズが多く、コントラストが平坦に見えることがあります。

対策：

  1. 自分で後処理を行う。 RAW キャプチャ（後の章で解説）とカスタム現像を組み合わせることで、最大限の制御が可能になります。
  2. AE_LOCK を活用する。 完全に無効化するのではなく、オートで収束した値をロックする方法もあります。

実装例：タイムラプス用の露出固定​

タイムラプス撮影では、雲の動きなどで露出がフレームごとに微妙に変わると、動画にした時に激しいチラつき（フリッカー）が発生します。これを防ぐために ISO とシャッターを固定します。

val requestBuilder = cameraDevice.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_STILL_CAPTURE).apply {
    addTarget(previewSurface)
    addTarget(imageReaderSurface)

    // 重要：3A を無効にして値を固定する
    set(CaptureRequest.CONTROL_MODE, CameraMetadata.CONTROL_MODE_OFF)
    set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE, CameraMetadata.CONTROL_AE_MODE_OFF)
    set(CaptureRequest.SENSOR_SENSITIVITY, 100)           // ISO 100
    set(CaptureRequest.SENSOR_EXPOSURE_TIME, 16666666L)   // 1/60s
}

captureSession.capture(requestBuilder.build(), callback, handler)

まとめ​

  • 3A の無効化: マニュアル制御には CONTROL_MODE = OFF と CONTROL_AE_MODE = OFF が必要です。
  • ISO: SENSOR_SENSITIVITY を使用します。
  • シャッター速度: SENSOR_EXPOSURE_TIME をナノ秒単位で設定します。
  • 画質の変化: マニュアルモードではメーカー独自の強力なノイズ除去などがオフになるため、後処理の計画が必要です。

次のステップ​

露出は明るさを制御します。第15章：フォーカスでは、ピントの鮮明さを制御する方法、AF ステートマシンの扱い、そして「ジオプトリー」という聞き慣れない単位を使ったマニュアルフォーカスの実装方法を学びます。