第32讲 AE自动曝光 Part 2 - Android Camera2 API

本讲是Android Camera专题系列的第32讲，我们介绍Android Camera2 API专题的AE自动曝光第2部分。

AE自动曝光包括如下内容，第二部分介绍后5章节：

1. AE是什么
2. 3A总开关
3. AE模式
4. AE状态
5. 拍照前AE测光
6. 曝光补偿(EV)
7. AE Lock
8. AE状态转换
9. AE测光区域
10. 帧率控制

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曝光补偿(EV)

CaptureRequest#CONTROL_AE_EXPOSURE_COMPENSATION调节AE算法的目标亮度

1. 是否支持：读取CameraCharacteristics#CONTROL_AE_COMPENSATION_RANGE，为空或者[0,0]表示不支持调整曝光补偿

2. EV的计算：0EV表示不做曝光补偿，1EV表示提升1倍图像亮度， -1EV表示消减一半图像亮度，在Android中需要读取CameraCharacteristics#CONTROL_AE_COMPENSATION_STEP来计算EV：

   • EV Range为[Min.exposure compensation * aeCompensationStep, Max.exposure compensation * aeCompensationStep]，要求

     • FULL和LIMITED设备EV Range必须包含[-2, 2]

     • LEGACY设备没要求

3. 只有在android.control.aeMode != OFF时才生效

4. 修改曝光补偿后，如果AE没有Lock住，AE算法需要重新收敛，可能需要多帧才能完成曝光补偿动作

AE Lock

CaptureRequest#CONTROL_AE_LOCK标识是否将AE参数锁定在参数上

1. 是否支持：需要读取CameraCharacteristics#CONTROL_AE_LOCK_AVAILABLE，支持MANUAL_SENSOR和BURST_CAPTURE的设备必须要支持AE Lock

2. 该动作不能锁住Flash，当AE模式为ON_AUTO_FLASH / ON_ALWAYS_FLASH / ON_AUTO_FLASH_REDEYE，AE Lock后Flash仍然可能打闪

   • ON_AUTO_FLASH / ON_AUTO_FLASH_REDEYE：在暗环境下会打闪
   • ON_ALWAYS_FLASH：总是会打闪，因为AE参数锁定了，所以可能会过曝

3. 该动作不能锁住曝光补偿（CaptureRequest#CONTROL_AE_EXPOSURE_COMPENSATION），设置曝光补偿仍然生效

4. AE Lock后，做AE preCapture trigger START/CANCEL是没有效果的

5. 在自动AE和手动AE间切换时，如果避免Flicker现象，建议操作步骤如下

   1. 设置AE模式为ON
   2. Lock AE
   3. 从CaptureResult中等待AE Lock成功
   4. 将曝光参数（曝光时间，Sensitivity）从CaptureResult中获取出来，设置给手动AE的CaptureRequest
   5. 提交手动AE的CaptureRequest
   6. 然后随意更改手动曝光参数

AE状态转换

AE状态转换-OFF

AE状态转换-ON

AE状态转换-ON 两个相邻CaptureResults多个状态切换

AE测光区域

CaptureRequest#CONTROL_AE_REGIONS设置AE的测光区域

1. 判断是否支持：读取CameraCharacteristics#CONTROL_MAX_REGIONS_AE
   • Hardware Level为FULL的设备必须支持(> 0)
2. 设置的值为MeteringRectangle(int x, int y, int width, int height, int meteringWeight)
   • 当支持设置多个测光区域是，每个测光区域的权重范围是[0, 1000]，权重越大的区域对测光结果影响越大，权重为0表示忽略对应的测光区域
3. 坐标系
   • 不支持畸变矫正的设备（DISTORTION_CORRECTION_MODE）
     • Left, top = [0, 0], right bottom = [activeArraySize.width - 1, activeArraySize.height - 1]
   • 支持畸变矫正的设备（DISTORTION_CORRECTION_MODE）
     • OFF
     • Left, top = [0, 0], right bottom = [preCorrectionActiveArraySize.width - 1, preCorrectionActiveArraySize.height - 1]
     • Not-OFF
     • Left, top = [0, 0], right bottom = [activeArraySize.width - 1, activeArraySize.height - 1]
   • 当android.sensor.pixelMode 设置为CameraMetadata.SENSOR_PIXEL_MODE_MAXIMUM_RESOLUTION时，需要参考activeArraySizeMaximumResolution / preCorrectionActiveArraySizeMaximumResolution
4. 受Crop Region的限制
   • RAW转换为YUV后，设置的Crop Region才会生效，也就是Crop Region不是在Raw域生效的
   • 只有在Crop Region区域内的测光区域才能生效，Crop Region是由Zoom决定的
   • >= API Level 30
     • 如果通过zoomRatio来进行Zoom，相同的aeRegions在不同的ZoomRatio下面代表不同的区域（可以理解为使用ZoomRatio时，HAL会自动计算crop region和ae regions填到CaptureResult里面）
     • 如果通过crop region来进行Zoom，相同的aeRegions在不同的crop regions下面还是代表相同的区域
     • 举例
     • aeRegion的计算的坐标系为[0,0,2000,1500]，放大2倍的情况下，想将左上角1/4的区域设置为测光区域
       • 如果通过zoomRatio设置为2来实现，需要将aeRegion设置为[0,0,1000,750]
       • 如果通过zoomRatio设置为1，crop region设置为[500, 375, 1500, 1125]来实现，需要将aeRegion设置为[500, 375,1000,750]

帧率控制

CaptureRequest#CONTROL_AE_TARGET_FPS_RANGE设置帧率，AE算法计算曝光时间时会受到该值的影响，最大曝光时间不能超过最小帧率对应的曝光时间

1. 只对AE自动模式有用，AE手动模式不受该值的影响
2. 可以设置哪些Range
   • 从CameraCharacteristics#CONTROL_AE_AVAILABLE_TARGET_FPS_RANGES获取支持的列表
   • 录像时选定恒定帧率，也即range的最小值等于最大值
   • 该列表不包含高帧率的Range，录制高帧率时也是通过设置CaptureRequest#CONTROL_AE_TARGET_FPS_RANGE来控制帧率