第46讲 AWB自动白平衡 - Android Camera2 API

本讲是Android Camera专题系列的第46讲，我们介绍Android Camera2 API专题的AWB自动白平衡，包括如下内容：

1. 为什么要做白平衡
2. 什么是自动白平衡
3. Android Camera颜色处理流程
4. AWB模式
5. AWB Lock
6. AWB Region
7. AWB State
8. Manual AWB

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为什么要做白平衡

人眼：在不同的光源下，人眼看到的白色物体总是白色的
图像传感器：在不同光源下，白色物体成像在Sensor上是不一样的
因此需要把Sensor的RGB相应各乘以一个系数来使得RGB相等

R’ = R x R_Gain
G’ = G x G_Gain
B’ = B x B_Gain

使得 R’=G’=B’

什么是自动白平衡

自动白平衡 (Auto White Balance): 通过算法根据统计数据自动计算出R/G/B的Gain值

Android Camera颜色处理流程

• ISP中的Demosaic是用来做什么的
• ISP中的CCM是用来做什么的

AWB模式

CaptureRequest#CONTROL_AWB_MODE，通过CameraCharacteristics#CONTROL_AWB_AVAILABLE_MODES判断支持哪些Mode

CONTROL_AWB_MODE取值	描述
CONTROL_AWB_MODE_OFF	AWB算法Disabled，App通过修改CCM和AWB Gain来手动控制白平衡
CONTROL_AWB_MODE_AUTO	AWB算法Enabled，白平衡由算法控制，App设置的CCM和AWB Gain会被忽略
CONTROL_AWB_MODE_FLUORESCENT	AWB算法Disabled，使用荧光灯作为假定的场景照明来调节白平衡，App设置的CCM和AWB Gain会被忽略，匹配CIE标准光源F2
CONTROL_AWB_MODE_WARM_FLUORESCENT	AWB算法Disabled，使用暖荧光灯作为假定的场景照明来调节白平衡，App设置的CCM和AWB Gain会被忽略，匹配CIE标准光源F4
CONTROL_AWB_MODE_DAYLIGHT	AWB算法Disabled，使用日光灯作为假定的场景照明来调节白平衡，App设置的CCM和AWB Gain会被忽略，匹配CIE标准光源D65
CONTROL_AWB_MODE_CLOUDY_DAYLIGHT	AWB算法Disabled，使用多云白天作为假定的场景照明来调节白平衡，App设置的CCM和AWB Gain会被忽略
CONTROL_AWB_MODE_TWILIGHT	AWB算法Disabled，使用黄昏作为假定的场景照明来调节白平衡，App设置的CCM和AWB Gain会被忽略
CONTROL_AWB_MODE_SHADE	AWB算法Disabled，使用阴影光作为假定的场景照明来调节白平衡，App设置的CCM和AWB Gain会被忽略

AWB Lock

判断是否支持

• 读取CameraCharacteristics#CONTROL_AWB_LOCK_AVAILABLE
  Capability为MANUAL_POST_PROCESSING 或 BURST_CAPTURE 的设备必须支持

控制AWB Lock

• 通过控制CaptureRequest#CONTROL_AWB_LOCK完成AWB Lock，设置为TRUE后意味着AWB算法的输出会固定在最新结果
• 只有当AWB Mode为AUTO时才能Lock，其他模式不存在Lock
• App在Auto AWB和Manual AWB间切换时，如果发现有闪烁现象，可通过如下流程解决
  1. AWB 模式运行
  2. Lock AWB
  3. 从CaptureResult中等待Lock完成
  4. 从CaptureResult中读取WB gain和CCM
  5. 使能Manual WB并将step4读取到的CCM和WB Gain设置下去
  6. 继续调整CCM或WB Gain，进入Manual WB流程

AWB Region

判断是否支持设置AWB Region

• 读取CameraCharacteristics#CONTROL_MAX_REGIONS_AWB
• 大于0则表示支持控制AWB Region

设置AWB Region

• 通过CaptureRequest#CONTROL_AWB_REGIONS来设置，坐标系同AE/AF Region

AWB State

读取CaptureResult#CONTROL_AWB_STATE

android.control.awbMode != AWB_MODE_AUTO

android.control.awbMode == AWB_MODE_AUTO

Manual AWB

手动白平衡 – 设置Gain

• 需要将android.control.awbMode设置为OFF，android.colorCorrection.mode设置为TRANSFORM_MATRIX
• 通过设置 android.colorCorrection.gains 来控制WB Gain: [R_gain, G_even_gain, G_odd_gain, B_gain], gain的取值范围[1.0, 3.0]

手动白平衡 – 设置CCM

• 需要将android.control.awbMode设置为OFF，android.colorCorrection.mode设置为TRANSFORM_MATRIX
• 通过设置android.colorCorrection.transform来控制CCM，3x3有理数矩阵，按行主顺序排列[ I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 ]，每个元素的有效范围因不同的设备有差异，但[-1.5,3.0]范围内的值保证不会被裁剪。