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第16章：ホワイトバランスと色

明るさ（露出）と鮮明さ（フォーカス）をマスターしました。次は画像の見た目、つまり色調を制御する番です。

温かみのある白熱灯の下で白い紙を撮影すると、ランプの黄色やオレンジ色の光が紙に当たり、センサーはそれをオレンジ色として捉えます。人間の脳はこれを瞬時に補正して「白い紙」として認識し続けますが、センサーの生データにはオレンジ色として記録されます。

ホワイトバランス (White Balance, WB) は、光源の色を補正して、無彩色の白が白く見えるようにするカメラの処理プロセスです。これを誤ると、写真全体に不自然な色かぶり（オレンジすぎ、青すぎ、緑すぎなど）が発生します。

Android Camera Parameters アプリでは、すべての AWB プリセットをライブグリッドビューで確認したり、マニュアルゲインのスライダーを操作したりできます。この章で実装する内容をアプリで実際に体験してみてください。

色温度：暖色から寒色へのスペクトル​

光源は、ケルビン (K) 単位の色温度で表されます。このスケールは、同じ色で発光する理論上の「黒体放射体」の温度を表しています。

直感とは逆のルール： 暖色系の光 = 低い数値（1800Kのキャンドルは非常にオレンジ）。寒色系の光 = 高い数値（10000Kの空は非常に青）。

オートホワイトバランスの役割は、シーンの統計情報から光源を推測し、その色かぶりを差し引いて、白い物体が白く見えるようにすることです。

Camera2 におけるオートホワイトバランス (AWB) モード​

CaptureRequest.CONTROL_AWB_MODE を介して設定します。

モード (CONTROL_AWB_MODE_*)効果ユースケース
OFF手動ホワイトバランスのみ。COLOR_CORRECTION_GAINS などを明示的に使用。プロモード、RAW 現像
AUTOデフォルト。光源検出を継続的に実行。一般的な撮影
INCANDESCENT約 2800K。温かみのある白熱灯のオレンジを打ち消すための強い青ゲイン。屋内の電球下
DAYLIGHT約 5500K。標準的な正午の太陽光プロファイル。晴天の屋外
SHADE約 7500K。日陰の強い青みを抑えるための赤ゲイン。屋外の日陰

まずサポートされているモードを確認する： すべてのデバイスが 9 つのプリセットすべてをサポートしているわけではありません。

val availableAwbModes = characteristics.get(
    CameraCharacteristics.CONTROL_AWB_AVAILABLE_MODES
) ?: intArrayOf()
Log.d("AWB", "使用可能なモード: ${availableAwbModes.toList()}")

ホワイトバランス補正の仕組み：その裏側​

AWB はセンサーの RGB から表示用の sRGB へ変換するために、2 つの色変換を適用します。

ステップ 1：チャンネルゲイン (白点補正)​

まず、各カラーチャンネルにゲイン（増幅率）を掛け、グレーのターゲットで R, G, B が等しくなるようにします。

Camera2 では、これは CaptureRequest.COLOR_CORRECTION_GAINS として公開されています。これは [R, Geven, B, Godd] の順序で並んだ 4 つの浮動小数点配列です。

// [ R ゲイン, G-even ゲイン, B ゲイン, G-odd ゲイン ]
val warmGains = floatArrayOf(1.0f, 1.2f, 0.8f, 1.2f)  // 暖色系：赤を強調し、青を抑える

ステップ 2：3×3 色変換行列 (ガマットマッピング)​

チャンネルゲインは白点を補正するだけです。しかし、センサーによって色の特性が異なるため、標準的な色空間（sRGB や DCI-P3 など）にマッピングするために 3×3 色補正行列 (CCM) が使用されます。

Camera2 では COLOR_CORRECTION_TRANSFORM を介して、Rational[9] 配列（行優先）で設定します。

実装例：完全な手動 AWB — 夕暮れ用の暖色ゲイン​

究極のクリエイティブな制御のために、AWB を完全に無効にして独自のゲインを書き込みます。

fun applyManualGains(gains: FloatArray) {
    val request = captureSession.device.createCaptureRequest(
        CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW
    ).apply {
        addTarget(previewSurface)

        // 1) AWB を完全に無効にする
        set(CaptureRequest.CONTROL_AWB_MODE, CameraMetadata.CONTROL_AWB_MODE_OFF)

        // 2) 4 つのチャンネルゲインを適用する
        set(CaptureRequest.COLOR_CORRECTION_GAINS, gains)

        // 3) モードを設定（ゲインのみ手動、行列は HAL に任せる場合）
        set(CaptureRequest.COLOR_CORRECTION_MODE,
            CameraMetadata.COLOR_CORRECTION_MODE_FAST)
    }

    captureSession.setRepeatingRequest(request.build(), null, null)
}

まとめ​

  • 色温度 (K): 低いとオレンジ、高いと青。AWB はこれを打ち消してニュートラルにします。
  • AWB モード: AUTO や OFF のほか、光源に合わせた各種プリセットがあります。
  • マニュアル制御: COLOR_CORRECTION_GAINS で 4 つのチャンネルの増幅率を直接指定します。
  • CCM 行列: センサーの固有の色空間を標準の出力空間（sRGB など）へマッピングします。

次のステップ​

露出、フォーカス、ホワイトバランスの個別の制御方法を学びました。第17章：3Aパイプラインでは、これら 3 つを組み合わせて、プロのカメラアプリがシャッターを押すたびに実行している一連のキャプチャシーケンス（3A Orchestration）を構築します。