画面フラッシュは、前面フラッシュまたは自撮りフラッシュとも呼ばれ、暗い場所で前面カメラで画像をキャプチャするときに、スマートフォンの画面の明るさを利用して被写体を照らします。多くのネイティブ カメラアプリやソーシャル メディア アプリで利用できます。ほとんどの人はスマートフォンを十分近くで撮影するため、この方法は効果的です。
しかし、デベロッパーがこの機能を適切に実装し、すべてのデバイスで一貫して優れたキャプチャ品質を維持することは困難です。このガイドでは、低レベルの Android カメラ フレームワーク API である Camera2 を使用して、この機能を適切に実装する方法について説明します。
全般的なワークフロー
この機能を適切に実装するには、プリキャプチャ メータリング シーケンス（自動露出プリキャプチャ）の使用と、オペレーションのタイミングの 2 つの重要な要素が鍵となります。一般的なワークフローを図 1 に示します。
画面のフラッシュ機能を使用して画像をキャプチャする必要がある場合は、次の手順を実施します。
- 画面の点滅に必要な UI の変更を適用します。これにより、デバイスの画面を使用して写真を撮影するのに十分な明るさが得られます。一般的なユースケースでは、テストで使われている次の UI の変更をおすすめします。
- アプリ画面は白色のオーバーレイで覆われている。
- 画面の明るさを最大にします。
- 自動露出（AE）モードを
CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASHに設定します（サポートしている場合）。 CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGERを使用して、プリキャプチャ メータリング シーケンスをトリガーします。自動露出（AE）と自動ホワイト バランス（AWB）が収束するまで待ちます。
収束後は、アプリの通常の写真キャプチャ フローが使用されます。
フレームワークにキャプチャ リクエストを送信します。
キャプチャ結果を受信するまで待ちます。
CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASHが設定されている場合は AE モードをリセット。画面の点滅の UI の変更をクリアします。
Camera2 のサンプルコード
アプリ画面を白い色のオーバーレイで覆う
アプリケーションのレイアウト XML ファイルにビューを追加します。画面のフラッシュ キャプチャ中に、他のすべての UI 要素の上に表示されるのに十分なエレベーションがある。これはデフォルトでは非表示であり、画面のフラッシュ UI の変更が適用された場合にのみ表示されます。
次のコードサンプルでは、ビューの例として白色（#FFFFFF）を使用しています。アプリケーションは、要件に応じて色を選択することも、複数の色をユーザーに提供することもできます。
<View
android:id="@+id/white_color_overlay"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:background="#FFFFFF"
android:visibility="invisible"
android:elevation="8dp" />
画面の明るさを最大にする
Android アプリで画面の明るさを変更する方法は複数あります。直接的な方法の一つは、アクティビティ ウィンドウ リファレンスの screenBrightness WindowManager パラメータを変更することです。
Kotlin
private var previousBrightness: Float = -1.0f
private fun maximizeScreenBrightness() {
activity?.window?.let { window ->
window.attributes?.apply {
previousBrightness = screenBrightness
screenBrightness = 1f
window.attributes = this
}
}
}
private fun restoreScreenBrightness() {
activity?.window?.let { window ->
window.attributes?.apply {
screenBrightness = previousBrightness
window.attributes = this
}
}
}
Java
private float mPreviousBrightness = -1.0f;
private void maximizeScreenBrightness() {
if (getActivity() == null || getActivity().getWindow() == null) {
return;
}
Window window = getActivity().getWindow();
WindowManager.LayoutParams attributes = window.getAttributes();
mPreviousBrightness = attributes.screenBrightness;
attributes.screenBrightness = 1f;
window.setAttributes(attributes);
}
private void restoreScreenBrightness() {
if (getActivity() == null || getActivity().getWindow() == null) {
return;
}
Window window = getActivity().getWindow();
WindowManager.LayoutParams attributes = window.getAttributes();
attributes.screenBrightness = mPreviousBrightness;
window.setAttributes(attributes);
}
AE モードを CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASH に設定する
CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASH は API レベル 28 以降で使用できます。ただし、この AE モードはすべてのデバイスで使用できるわけではないため、AE モードが利用可能かどうかを確認し、それに応じて値を設定してください。空き状況を確認するには、CameraCharacteristics#CONTROL_AE_AVAILABLE_MODES を使用します。
Kotlin
private val characteristics: CameraCharacteristics by lazy {
cameraManager.getCameraCharacteristics(cameraId)
}
@RequiresApi(Build.VERSION_CODES.P)
private fun isExternalFlashAeModeAvailable() =
characteristics.get(CameraCharacteristics.CONTROL_AE_AVAILABLE_MODES)
?.contains(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASH) ?: false
Java
try {
mCharacteristics = mCameraManager.getCameraCharacteristics(mCameraId);
} catch (CameraAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
@RequiresApi(Build.VERSION_CODES.P)
private boolean isExternalFlashAeModeAvailable() {
int[] availableAeModes = mCharacteristics.get(CameraCharacteristics.CONTROL_AE_AVAILABLE_MODES);
for (int aeMode : availableAeModes) {
if (aeMode == CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASH) {
return true;
}
}
return false;
}
アプリに繰り返しキャプチャ リクエストが設定されている場合（プレビューに必要です）、AE モードを繰り返しリクエストに設定する必要があります。そうしないと、次回の反復キャプチャでデフォルトまたはユーザーが設定した AE モードによってオーバーライドされる可能性があります。この場合、カメラが外部フラッシュ AE モードに対して通常行うすべてのオペレーションを実行するのに十分な時間を確保できない場合があります。
カメラが AE モードの更新リクエストを完全に処理するには、反復キャプチャ コールバックでキャプチャ結果を確認し、その結果で AE モードが更新されるまで待ちます。
AE モードが更新されるのを待機できるキャプチャ コールバック
次のコード スニペットは、これを行う方法を示しています。
Kotlin
private val repeatingCaptureCallback = object : CameraCaptureSession.CaptureCallback() {
private var targetAeMode: Int? = null
private var aeModeUpdateDeferred: CompletableDeferred? = null
suspend fun awaitAeModeUpdate(targetAeMode: Int) {
this.targetAeMode = targetAeMode
aeModeUpdateDeferred = CompletableDeferred()
// Makes the current coroutine wait until aeModeUpdateDeferred is completed. It is
// completed once targetAeMode is found in the following capture callbacks
aeModeUpdateDeferred?.await()
}
private fun process(result: CaptureResult) {
// Checks if AE mode is updated and completes any awaiting Deferred
aeModeUpdateDeferred?.let {
val aeMode = result[CaptureResult.CONTROL_AE_MODE]
if (aeMode == targetAeMode) {
it.complete(Unit)
}
}
}
override fun onCaptureCompleted(
session: CameraCaptureSession,
request: CaptureRequest,
result: TotalCaptureResult
) {
super.onCaptureCompleted(session, request, result)
process(result)
}
}
Java
static class AwaitingCaptureCallback extends CameraCaptureSession.CaptureCallback {
private int mTargetAeMode;
private CountDownLatch mAeModeUpdateLatch = null;
public void awaitAeModeUpdate(int targetAeMode) {
mTargetAeMode = targetAeMode;
mAeModeUpdateLatch = new CountDownLatch(1);
// Makes the current thread wait until mAeModeUpdateLatch is released, it will be
// released once targetAeMode is found in the capture callbacks below
try {
mAeModeUpdateLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void process(CaptureResult result) {
// Checks if AE mode is updated and decrements the count of any awaiting latch
if (mAeModeUpdateLatch != null) {
int aeMode = result.get(CaptureResult.CONTROL_AE_MODE);
if (aeMode == mTargetAeMode) {
mAeModeUpdateLatch.countDown();
}
}
}
@Override
public void onCaptureCompleted(@NonNull CameraCaptureSession session,
@NonNull CaptureRequest request,
@NonNull TotalCaptureResult result) {
super.onCaptureCompleted(session, request, result);
process(result);
}
}
private final AwaitingCaptureCallback mRepeatingCaptureCallback = new AwaitingCaptureCallback();
AE モードを有効または無効にするには、リクエストの繰り返しを設定します
次のコードサンプルは、キャプチャ コールバックが配置された状態で、繰り返しリクエストを設定する方法を示しています。
Kotlin
/** [HandlerThread] where all camera operations run */
private val cameraThread = HandlerThread("CameraThread").apply { start() }
/** [Handler] corresponding to [cameraThread] */
private val cameraHandler = Handler(cameraThread.looper)
private suspend fun enableExternalFlashAeMode() {
if (Build.VERSION.SDK_INT >= 28 && isExternalFlashAeModeAvailable()) {
session.setRepeatingRequest(
camera.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW).apply {
addTarget(previewSurface)
set(
CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,
CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASH
)
}.build(), repeatingCaptureCallback, cameraHandler
)
// Wait for the request to be processed by camera
repeatingCaptureCallback.awaitAeModeUpdate(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASH)
}
}
private fun disableExternalFlashAeMode() {
if (Build.VERSION.SDK_INT >= 28 && isExternalFlashAeModeAvailable()) {
session.setRepeatingRequest(
camera.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW).apply {
addTarget(previewSurface)
}.build(), repeatingCaptureCallback, cameraHandler
)
}
}
Java
private void setupCameraThread() {
// HandlerThread where all camera operations run
HandlerThread cameraThread = new HandlerThread("CameraThread");
cameraThread.start();
// Handler corresponding to cameraThread
mCameraHandler = new Handler(cameraThread.getLooper());
}
private void enableExternalFlashAeMode() {
if (Build.VERSION.SDK_INT >= 28 && isExternalFlashAeModeAvailable()) {
try {
CaptureRequest.Builder requestBuilder = mCamera.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);
requestBuilder.addTarget(mPreviewSurface);
requestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASH);
mSession.setRepeatingRequest(requestBuilder.build(), mRepeatingCaptureCallback, mCameraHandler);
} catch (CameraAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
// Wait for the request to be processed by camera
mRepeatingCaptureCallback.awaitAeModeUpdate(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_EXTERNAL_FLASH);
}
}
private void disableExternalFlashAeMode() {
if (Build.VERSION.SDK_INT >= 28 && isExternalFlashAeModeAvailable()) {
try {
CaptureRequest.Builder requestBuilder = mCamera.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);
requestBuilder.addTarget(mPreviewSurface);
mSession.setRepeatingRequest(requestBuilder.build(), mRepeatingCaptureCallback, mCameraHandler);
} catch (CameraAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
プリキャプチャ シーケンスをトリガーする
プリキャプチャ メータリング シーケンスをトリガーするには、CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER_START 値をリクエストに設定して CaptureRequest を送信します。リクエストが処理されるのを待ってから、AE と AWB が収束するまで待つ必要があります。
プリキャプチャは 1 回のキャプチャ リクエストでトリガーされますが、AE と AWB の収束を待つ場合はさらに複雑になります。反復リクエストに設定されたキャプチャ コールバックを使用して、AE 状態と AWB 状態を追跡できます。
同じ反復コールバックを更新すると、コードがシンプルになります。アプリでプレビューが必要になることがよくあります。プレビューでは、カメラのセットアップ中に繰り返しリクエストを設定します。そのため、繰り返しキャプチャ コールバックを最初の繰り返しリクエストに 1 回設定してから、結果の確認と待機の目的で再利用できます。
コールバック コードの更新をキャプチャして収束を待つ
繰り返しキャプチャ コールバックを更新するには、次のコード スニペットを使用します。
Kotlin
private val repeatingCaptureCallback = object : CameraCaptureSession.CaptureCallback() {
private var targetAeMode: Int? = null
private var aeModeUpdateDeferred: CompletableDeferred? = null
private var convergenceDeferred: CompletableDeferred? = null
suspend fun awaitAeModeUpdate(targetAeMode: Int) {
this.targetAeMode = targetAeMode
aeModeUpdateDeferred = CompletableDeferred()
// Makes the current coroutine wait until aeModeUpdateDeferred is completed. It is
// completed once targetAeMode is found in the following capture callbacks
aeModeUpdateDeferred?.await()
}
suspend fun awaitAeAwbConvergence() {
convergenceDeferred = CompletableDeferred()
// Makes the current coroutine wait until convergenceDeferred is completed, it will be
// completed once both AE & AWB are reported as converged in the capture callbacks below
convergenceDeferred?.await()
}
private fun process(result: CaptureResult) {
// Checks if AE mode is updated and completes any awaiting Deferred
aeModeUpdateDeferred?.let {
val aeMode = result[CaptureResult.CONTROL_AE_MODE]
if (aeMode == targetAeMode) {
it.complete(Unit)
}
}
// Checks for convergence and completes any awaiting Deferred
convergenceDeferred?.let {
val aeState = result[CaptureResult.CONTROL_AE_STATE]
val awbState = result[CaptureResult.CONTROL_AWB_STATE]
val isAeReady = (
aeState == null // May be null in some devices (e.g. legacy camera HW level)
|| aeState == CaptureResult.CONTROL_AE_STATE_CONVERGED
|| aeState == CaptureResult.CONTROL_AE_STATE_FLASH_REQUIRED
)
val isAwbReady = (
awbState == null // May be null in some devices (e.g. legacy camera HW level)
|| awbState == CaptureResult.CONTROL_AWB_STATE_CONVERGED
)
if (isAeReady && isAwbReady) {
// if any non-null convergenceDeferred is set, complete it
it.complete(Unit)
}
}
}
override fun onCaptureCompleted(
session: CameraCaptureSession,
request: CaptureRequest,
result: TotalCaptureResult
) {
super.onCaptureCompleted(session, request, result)
process(result)
}
}
Java
static class AwaitingCaptureCallback extends CameraCaptureSession.CaptureCallback {
private int mTargetAeMode;
private CountDownLatch mAeModeUpdateLatch = null;
private CountDownLatch mConvergenceLatch = null;
public void awaitAeModeUpdate(int targetAeMode) {
mTargetAeMode = targetAeMode;
mAeModeUpdateLatch = new CountDownLatch(1);
// Makes the current thread wait until mAeModeUpdateLatch is released, it will be
// released once targetAeMode is found in the capture callbacks below
try {
mAeModeUpdateLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void awaitAeAwbConvergence() {
mConvergenceLatch = new CountDownLatch(1);
// Makes the current coroutine wait until mConvergenceLatch is released, it will be
// released once both AE & AWB are reported as converged in the capture callbacks below
try {
mConvergenceLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void process(CaptureResult result) {
// Checks if AE mode is updated and decrements the count of any awaiting latch
if (mAeModeUpdateLatch != null) {
int aeMode = result.get(CaptureResult.CONTROL_AE_MODE);
if (aeMode == mTargetAeMode) {
mAeModeUpdateLatch.countDown();
}
}
// Checks for convergence and decrements the count of any awaiting latch
if (mConvergenceLatch != null) {
Integer aeState = result.get(CaptureResult.CONTROL_AE_STATE);
Integer awbState = result.get(CaptureResult.CONTROL_AWB_STATE);
boolean isAeReady = (
aeState == null // May be null in some devices (e.g. legacy camera HW level)
|| aeState == CaptureResult.CONTROL_AE_STATE_CONVERGED
|| aeState == CaptureResult.CONTROL_AE_STATE_FLASH_REQUIRED
);
boolean isAwbReady = (
awbState == null // May be null in some devices (e.g. legacy camera HW level)
|| awbState == CaptureResult.CONTROL_AWB_STATE_CONVERGED
);
if (isAeReady && isAwbReady) {
mConvergenceLatch.countDown();
mConvergenceLatch = null;
}
}
}
@Override
public void onCaptureCompleted(@NonNull CameraCaptureSession session,
@NonNull CaptureRequest request,
@NonNull TotalCaptureResult result) {
super.onCaptureCompleted(session, request, result);
process(result);
}
}
カメラのセットアップ中の繰り返しリクエストにコールバックを設定する
次のコードサンプルでは、初期化中に繰り返しリクエストされるようにコールバックを設定できます。
Kotlin
// Open the selected camera
camera = openCamera(cameraManager, cameraId, cameraHandler)
// Creates list of Surfaces where the camera will output frames
val targets = listOf(previewSurface, imageReaderSurface)
// Start a capture session using our open camera and list of Surfaces where frames will go
session = createCameraCaptureSession(camera, targets, cameraHandler)
val captureRequest = camera.createCaptureRequest(
CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW).apply { addTarget(previewSurface) }
// This will keep sending the capture request as frequently as possible until the
// session is torn down or session.stopRepeating() is called
session.setRepeatingRequest(captureRequest.build(), repeatingCaptureCallback, cameraHandler)
Java
// Open the selected camera mCamera = openCamera(mCameraManager, mCameraId, mCameraHandler); // Creates list of Surfaces where the camera will output frames Listtargets = new ArrayList<>(Arrays.asList(mPreviewSurface, mImageReaderSurface)); // Start a capture session using our open camera and list of Surfaces where frames will go mSession = createCaptureSession(mCamera, targets, mCameraHandler); try { CaptureRequest.Builder requestBuilder = mCamera.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW); requestBuilder.addTarget(mPreviewSurface); // This will keep sending the capture request as frequently as possible until the // session is torn down or session.stopRepeating() is called mSession.setRepeatingRequest(requestBuilder.build(), mRepeatingCaptureCallback, mCameraHandler); } catch (CameraAccessException e) { e.printStackTrace(); }
プリキャプチャ シーケンスのトリガーと待機
コールバックを設定すると、次のコードサンプルを使用してプリキャプチャ シーケンスのトリガーと待機を行えます。
Kotlin
private suspend fun runPrecaptureSequence() {
// Creates a new capture request with CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER_START
val captureRequest = session.device.createCaptureRequest(
CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW
).apply {
addTarget(previewSurface)
set(
CaptureRequest.CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER,
CaptureRequest.CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER_START
)
}
val precaptureDeferred = CompletableDeferred()
session.capture(captureRequest.build(), object: CameraCaptureSession.CaptureCallback() {
override fun onCaptureCompleted(
session: CameraCaptureSession,
request: CaptureRequest,
result: TotalCaptureResult
) {
// Waiting for this callback ensures the precapture request has been processed
precaptureDeferred.complete(Unit)
}
}, cameraHandler)
precaptureDeferred.await()
// Precapture trigger request has been processed, we can wait for AE & AWB convergence now
repeatingCaptureCallback.awaitAeAwbConvergence()
}
Java
private void runPrecaptureSequence() {
// Creates a new capture request with CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER_START
try {
CaptureRequest.Builder requestBuilder =
mSession.getDevice().createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);
requestBuilder.addTarget(mPreviewSurface);
requestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER,
CaptureRequest.CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER_START);
CountDownLatch precaptureLatch = new CountDownLatch(1);
mSession.capture(requestBuilder.build(), new CameraCaptureSession.CaptureCallback() {
@Override
public void onCaptureCompleted(@NonNull CameraCaptureSession session,
@NonNull CaptureRequest request,
@NonNull TotalCaptureResult result) {
Log.d(TAG, "CONTROL_AE_PRECAPTURE_TRIGGER_START processed");
// Waiting for this callback ensures the precapture request has been processed
precaptureLatch.countDown();
}
}, mCameraHandler);
precaptureLatch.await();
// Precapture trigger request has been processed, we can wait for AE & AWB convergence now
mRepeatingCaptureCallback.awaitAeAwbConvergence();
} catch (CameraAccessException | InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
すべてをつなぎ合わせる
主要コンポーネントがすべて準備できたら、写真を撮る必要があるときはいつでも、たとえばユーザーがキャプチャ ボタンをクリックして写真を撮るとき、前述の説明とコードサンプルに記載されている順序ですべてのステップを実行できます。
Kotlin
// User clicks captureButton to take picture
captureButton.setOnClickListener { v ->
// Apply the screen flash related UI changes
whiteColorOverlayView.visibility = View.VISIBLE
maximizeScreenBrightness()
// Perform I/O heavy operations in a different scope
lifecycleScope.launch(Dispatchers.IO) {
// Enable external flash AE mode and wait for it to be processed
enableExternalFlashAeMode()
// Run precapture sequence and wait for it to complete
runPrecaptureSequence()
// Start taking picture and wait for it to complete
takePhoto()
disableExternalFlashAeMode()
v.post {
// Clear the screen flash related UI changes
restoreScreenBrightness()
whiteColorOverlayView.visibility = View.INVISIBLE
}
}
}
Java
// User clicks captureButton to take picture
mCaptureButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
// Apply the screen flash related UI changes
mWhiteColorOverlayView.setVisibility(View.VISIBLE);
maximizeScreenBrightness();
// Perform heavy operations in a different thread
Executors.newSingleThreadExecutor().execute(() -> {
// Enable external flash AE mode and wait for it to be processed
enableExternalFlashAeMode();
// Run precapture sequence and wait for it to complete
runPrecaptureSequence();
// Start taking picture and wait for it to complete
takePhoto();
disableExternalFlashAeMode();
v.post(() -> {
// Clear the screen flash related UI changes
restoreScreenBrightness();
mWhiteColorOverlayView.setVisibility(View.INVISIBLE);
});
});
}
});
サンプル画像
画面のフラッシュが正しく実装されていないとどうなるか、また正しく実装された場合にどうなるかについては、次の例をご覧ください。
間違えた場合
画面の点滅が適切に実装されていないと、複数のキャプチャ、デバイス、照明条件で一貫性のない結果が得られます。キャプチャした画像には、露出や色合いの問題があることがよくあります。デバイスによっては、この種のバグは、完全に暗い環境ではなく、暗い環境など、特定の照明条件で顕著になります。
次の表に、そのような問題の例を示します。CameraX ラボ インフラストラクチャで撮影され、光源はウォーム ホワイト色のままです。このウォーム ホワイトの光源を見ると、青の色合いが光源の副作用ではなく、実際の問題であることがわかります。
| 環境 | 露出不足 | 露出過多 | 色合い |
|---|---|---|---|
| 暗い環境（スマートフォン以外に光源がない） |
|
|
|
| 低光量（追加最大 3 ルクスの光源） |
|
|
|
正しく実行すれば
同じデバイスと条件で標準実装を使用した場合、結果は次の表のようになります。
| 環境 | 露出不足（固定） | 露出過多（固定） | 色合い（固定） |
|---|---|---|---|
| 暗い環境（スマートフォン以外に光源がない） |
|
|
|
| 低光量（追加最大 3 ルクスの光源） |
|
|
|
ご覧のとおり、標準的な実装で画質が大幅に向上しています。