android camera2 Api(转载)

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这是一个创建于 的文章,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。
现在的手机一般都会提供相机功能,有些相机的镜头甚至支持1000万以上像素,有些甚至支持光学变焦,这些手机已经变成了专业数码相机。为了充分利用手机上的相机功能,Android应用可以控制拍照和录制视频。

†† 使用Android 5.0的Camera v2拍照

Android 5.0对拍照API进行了全新的设计,新增了全新设计的Camera v2 API,这些API不仅大幅提高了Android系统拍照的功能,还能支持RAW照片输出,甚至允许程序调整相机的对焦模式、曝光模式、快门等。
Android 5.0的Camera v2主要涉及如下API。
Ø CameraManager:摄像头管理器。这是一个全新的系统管理器,专门用于检测系统摄像头、打开系统摄像头。除此之外,调用CameraManager的getCameraCharacteristics(String)方法即可获取指定摄像头的相关特性。
Ø CameraCharacteristics:摄像头特性。该对象通过CameraManager来获取,用于描述特定摄像头所支持的各种特性。
Ø CameraDevice:代表系统摄像头。该类的功能类似于早期的Camera类。
Ø CameraCaptureSession:这是一个非常重要的API,当程序需要预览、拍照时,都需要先通过该类的实例创建Session。而且不管预览还是拍照,也都是由该对象的方法进行控制的,其中控制预览的方法为setRepeatingRequest();控制拍照的方法为capture()。
为了监听CameraCaptureSession的创建过程,以及监听CameraCaptureSession的拍照过程,Camera v2 API为CameraCaptureSession提供了StateCallback、CaptureCallback等内部类。
Ø CameraRequest和CameraRequest.Builder:当程序调用setRepeatingRequest()方法进行预览时,或调用capture()方法进行拍照时,都需要传入CameraRequest参数。CameraRequest代表了一次捕获请求,用于描述捕获图片的各种参数设置,比如对焦模式、曝光模式……总之,程序需要对照片所做的各种控制,都通过CameraRequest参数进行设置。CameraRequest.Builder则负责生成CameraRequest对象。
理解了上面API的功能和作用之后,接下来即可使用Camera v2 API来控制摄像头拍照了。控制拍照的步骤大致如下。
调用CameraManager的openCamera(String cameraId, CameraDevice.StateCallback callback, Handler handler)方法打开指定摄像头。该方法的第一个参数代表要打开的摄像头ID;第二个参数用于监听摄像头的状态;第三个参数代表执行callback的Handler,如果程序希望直接在当前线程中执行callback,则可将handler参数设为null。
当摄像头被打开之后,程序即可获取CameraDevice—即根据摄像头ID获取了指定摄像头设备,然后调用CameraDevice的createCaptureSession(List<Surface> outputs, CameraCaptureSession. StateCallback callback,Handler handler)方法来创建CameraCaptureSession。该方法的第一个参数是一个List集合,封装了所有需要从该摄像头获取图片的Surface,第二个参数用于监听CameraCaptureSession的创建过程;第三个参数代表执行callback的Handler,如果程序希望直接在当前线程中执行callback,则可将handler参数设为null。
不管预览还是拍照,程序都调用CameraDevice的createCaptureRequest(int templateType)方法创建CaptureRequest.Builder,该方法支持TEMPLATE_PREVIEW(预览)、TEMPLATE_RECORD(拍摄视频)、TEMPLATE_STILL_CAPTURE(拍照)等参数。
通过第3步所调用方法返回的CaptureRequest.Builder设置拍照的各种参数,比如对焦模式、曝光模式等。
调用CaptureRequest.Builder的build()方法即可得到CaptureRequest对象,接下来程序可通过CameraCaptureSession的setRepeatingRequest()方法开始预览,或调用capture()方法拍照。

实例:拍照时自动对焦

本实例示范了使用Camera v2来进行拍照。当用户按下拍照键时,该应用会自动对焦,当对焦成功时拍下照片。该程序的界面中提供了一个自定义TextureView来显示预览取景,十分简单。该自定义TextureView类的代码如下。
程序清单:codes\11\3\CameraV2Test\app\src\main\java\org\crazyit\media\MainActivity.java
public class AutoFitTextureView extends TextureView
{
    private int mRatioWidth = 0;
    private int mRatioHeight = 0;
    public AutoFitTextureView(Context context, AttributeSet attrs)
    {
        super(context, attrs);
    }
    public void setAspectRatio(int width, int height)
    {
     mRatioWidth = width;
        mRatioHeight = height;
        requestLayout();
    }
    @Override
    protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)
    {
        super.onMeasure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
        int width = MeasureSpec.getSize(widthMeasureSpec);
        int height = MeasureSpec.getSize(heightMeasureSpec);
        if (0 == mRatioWidth || 0 == mRatioHeight)
        {
            setMeasuredDimension(width, height);
        }
        else
        {
            if (width < height * mRatioWidth / mRatioHeight)
            {
                setMeasuredDimension(width, width * mRatioHeight / mRatioWidth);
            }
            else
            {
                setMeasuredDimension(height * mRatioWidth / mRatioHeight, height);
            }
        }
    }
}
接下来的MainActivity将会使用CameraManager来打开CameraDevice,并通过CameraDevice创建CameraCaptureSession,然后即可通过CameraCaptureSession进行预览或拍照了。该Activity的代码如下。
程序清单:codes\11\3\CameraV2Test\app\src\main\java\org\crazyit\media\MainActivity.java
public class MainActivity extends Activity implements View.OnClickListener
{
    private static final SparseIntArray ORIENTATIONS = new SparseIntArray();
    static
    {
        ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_0, 90);
        ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_90, 0);
        ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_180, 270);
        ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_270, 180);
    }
    private AutoFitTextureView textureView;
    // 摄像头ID(通常0代表后置摄像头,1代表前置摄像头)
    private String mCameraId = "0";
    // 定义代表摄像头的成员变量
    private CameraDevice cameraDevice;
    // 预览尺寸
    private Size previewSize;
    private CaptureRequest.Builder previewRequestBuilder;
    // 定义用于预览照片的捕获请求
    private CaptureRequest previewRequest;
    // 定义CameraCaptureSession成员变量
    private CameraCaptureSession captureSession;
    private ImageReader imageReader;
    private final TextureView.SurfaceTextureListener mSurfaceTextureListener
        = new TextureView.SurfaceTextureListener()
    {
         @Override
        public void onSurfaceTextureAvailable(SurfaceTexture texture
            , int width, int height)
        {
            // 当TextureView可用时,打开摄像头
            openCamera(width, height);
        }
         @Override
        public void onSurfaceTextureSizeChanged(SurfaceTexture texture
            , int width, int height){ }
         @Override
        public boolean onSurfaceTextureDestroyed(SurfaceTexture texture) { return true; }
         @Override
        public void onSurfaceTextureUpdated(SurfaceTexture texture){}
    };
    private final CameraDevice.StateCallback stateCallback = new CameraDevice. StateCallback()
    {
        // 摄像头被打开时激发该方法
        @Override
        public void onOpened(CameraDevice cameraDevice)
        {
            MainActivity.this.cameraDevice = cameraDevice;
            // 开始预览
            createCameraPreviewSession();  // ②
        }
        // 摄像头断开连接时激发该方法
        @Override
        public void onDisconnected(CameraDevice cameraDevice)
        {
            cameraDevice.close();
            MainActivity.this.cameraDevice = null;
        }
        // 打开摄像头出现错误时激发该方法
        @Override
        public void onError(CameraDevice cameraDevice, int error)
        {
            cameraDevice.close();
            MainActivity.this.cameraDevice = null;
            MainActivity.this.finish();
        }
    };
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        textureView = (AutoFitTextureView) findViewById(R.id.texture);
        // 为该组件设置监听器
        textureView.setSurfaceTextureListener(mSurfaceTextureListener);
        findViewById(R.id.capture).setOnClickListener(this);
    }
    @Override
    public void onClick(View view)
    {
        captureStillPicture();
    }
    private void captureStillPicture()
    {
        try
        {
            if (cameraDevice == null)
            {
                return;
            }
            // 创建作为拍照的CaptureRequest.Builder
            final CaptureRequest.Builder captureRequestBuilder = cameraDevice
                .createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_STILL_CAPTURE);
            // 将imageReader的surface作为CaptureRequest.Builder的目标
            captureRequestBuilder.addTarget(imageReader.getSurface());
            // 设置自动对焦模式
            captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE,
                CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE);
            // 设置自动曝光模式
            captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,
                CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);
            // 获取设备方向
            int rotation = getWindowManager().getDefaultDisplay().getRotation();
            // 根据设备方向计算设置照片的方向
            captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.JPEG_ORIENTATION
                , ORIENTATIONS.get(rotation));
            // 停止连续取景
            captureSession.stopRepeating();
            // 捕获静态图像
            captureSession.capture(captureRequestBuilder.build()
                , new CameraCaptureSession.CaptureCallback()  // ⑤
            {
                // 拍照完成时激发该方法
                @Override
                public void onCaptureCompleted(CameraCaptureSession session
                        , CaptureRequest request, TotalCaptureResult result)
                {
                    try
                    {
                        // 重设自动对焦模式
                        previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_TRIGGER,
                            CameraMetadata.CONTROL_AF_TRIGGER_CANCEL);
                        // 设置自动曝光模式
                        previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,
                            CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);
                        // 打开连续取景模式
                        captureSession.setRepeatingRequest(previewRequest, null, null);
                    }
                    catch (CameraAccessException e)
                    {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }, null);
        }
        catch (CameraAccessException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    // 打开摄像头
    private void openCamera(int width, int height)
    {
        setUpCameraOutputs(width, height);
        CameraManager manager = (CameraManager) getSystemService(Context.CAMERA_ SERVICE);
        try
        {
            // 打开摄像头
            manager.openCamera(mCameraId, stateCallback, null); // ①
        }
        catch (CameraAccessException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void createCameraPreviewSession()
    {
        try
        {
            SurfaceTexture texture = textureView.getSurfaceTexture();
            texture.setDefaultBufferSize(previewSize.getWidth(), previewSize.getHeight());
            // 创建作为预览的CaptureRequest.Builder
            previewRequestBuilder = cameraDevice
                .createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);
            // 将textureView的surface作为CaptureRequest.Builder的目标
            previewRequestBuilder.addTarget(new Surface(texture));
            // 创建CameraCaptureSession,该对象负责管理处理预览请求和拍照请求
            cameraDevice.createCaptureSession(Arrays.asList(surface
                , imageReader.getSurface()), new CameraCaptureSession.StateCallback() // ③
                {
                    @Override
                    public void onConfigured(CameraCaptureSession cameraCaptureSession)
                    {
                        // 如果摄像头为null,直接结束方法
                        if (null == cameraDevice)
                        {
                            return;
                        }
                        // 当摄像头已经准备好时,开始显示预览
                        captureSession = cameraCaptureSession;
                        try
                        {
                            // 设置自动对焦模式
                            previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE,
                                CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE);
                            // 设置自动曝光模式
                            previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,
                                CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);
                            // 开始显示相机预览
                            previewRequest = previewRequestBuilder.build();
                            // 设置预览时连续捕获图像数据
                            captureSession.setRepeatingRequest(previewRequest,
                                    null, null);  // ④
                        }
                        catch (CameraAccessException e)
                        {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    @Override
                    public void onConfigureFailed(CameraCaptureSession cameraCaptureSession)
                    {
                        Toast.makeText(MainActivity.this, "配置失败!"
                            , Toast.LENGTH_SHORT).show();
                    }
                }, null
            );
        }
        catch (CameraAccessException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void setUpCameraOutputs(int width, int height)
    {
        CameraManager manager = (CameraManager) getSystemService(Context.CAMERA_ SERVICE);
        try
        {
            // 获取指定摄像头的特性
            CameraCharacteristics characteristics
                = manager.getCameraCharacteristics(mCameraId);
            // 获取摄像头支持的配置属性
            StreamConfigurationMap map = characteristics.get(
                CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP);
            // 获取摄像头支持的最大尺寸
            Size largest = Collections.max(
                Arrays.asList(map.getOutputSizes(ImageFormat.JPEG)),
                new CompareSizesByArea());
            // 创建一个ImageReader对象,用于获取摄像头的图像数据
            imageReader = ImageReader.newInstance(largest.getWidth(), largest.getHeight(),
                ImageFormat.JPEG, 2);
            imageReader.setOnImageAvailableListener(
                new ImageReader.OnImageAvailableListener()
                {
                    // 当照片数据可用时激发该方法
                    @Override
                    public void onImageAvailable(ImageReader reader)
                    {
                        // 获取捕获的照片数据
                        Image image = reader.acquireNextImage();
                        ByteBuffer buffer = image.getPlanes()[0].getBuffer();
                        byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                        // 使用IO流将照片写入指定文件
                        File file = new File(getExternalFilesDir(null), "pic.jpg");
                        buffer.get(bytes);
                        try (
                            FileOutputStream output = new FileOutputStream(file))
                        {
                            output.write(bytes);
                            Toast.makeText(MainActivity.this, "保存: "
                                + file, Toast.LENGTH_SHORT).show();
                        }
                        catch (Exception e)
                        {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        finally
                        {
                            image.close();
                        }
                    }
                }, null);
            // 获取最佳的预览尺寸
            previewSize = chooseOptimalSize(map.getOutputSizes(
                SurfaceTexture.class), width, height, largest);
            // 根据选中的预览尺寸来调整预览组件(TextureView)的长宽比
            int orientation = getResources().getConfiguration().orientation;
            if (orientation == Configuration.ORIENTATION_LANDSCAPE)
            {
                textureView.setAspectRatio(previewSize.getWidth(), previewSize.
getHeight());
            }
            else
            {
                textureView.setAspectRatio(previewSize.getHeight(),
previewSize.getWidth());
            }
        }
        catch (CameraAccessException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        catch (NullPointerException e)
        {
            System.out.println("出现错误。");
        }
    }
    private static Size chooseOptimalSize(Size[] choices
        , int width, int height, Size aspectRatio)
    {
        // 收集摄像头支持的大过预览Surface的分辨率
        List<Size> bigEnough = new ArrayList<>();
        int w = aspectRatio.getWidth();
        int h = aspectRatio.getHeight();
        for (Size option : choices)
        {
            if (option.getHeight() == option.getWidth() * h / w &&
                option.getWidth() >= width && option.getHeight() >= height)
            {
                bigEnough.add(option);
            }
        }
        // 如果找到多个预览尺寸,获取其中面积最小的
        if (bigEnough.size() > 0)
        {
            return Collections.min(bigEnough, new CompareSizesByArea());
        }
        else
        {
            System.out.println("找不到合适的预览尺寸!!!");
            return choices[0];
        }
    }
    // 为Size定义一个比较器Comparator
    static class CompareSizesByArea implements Comparator<Size>
    {
        @Override
        public int compare(Size lhs, Size rhs)
        {
            // 强转为long保证不会发生溢出
            return Long.signum((long) lhs.getWidth() * lhs.getHeight() -
                (long) rhs.getWidth() * rhs.getHeight());
        }
    }
}
 
上面程序中的①号粗体字代码用于打开系统摄像头,openCamera()方法的第一个参数代表请求打开的摄像头ID,此处传入的摄像头ID为"0",这代表打开设备后置摄像头;如果需要打开设备指定摄像头(比如前置摄像头),可以在调用openCamera()方法时传入相应的摄像头ID。
CameraManager提供了getCameraIdList()方法来获取设备的摄像头列表,还提供了getCameraCharacteristics(String cameraId)方法来获取指定摄像头的特性。例如如下代码:
// 获取设备上摄像头列表
String[] ids = CameraManager.getCameraIdList();
// 创建一个空的CameraInfo对象,用于获取摄像头信息
Camera.CameraInfo cameraInfo = new Camera.CameraInfo();
for ( String id : ids)
{
    CameraCharacteristics cc = getCameraCharacteristics(id);
    // 接下来的代码就可以通过cc来获取该摄像头的特性了
    ...
}
上面程序中的①号粗体字代码打开后置摄像头时传入了一个stateCallback参数,该参数代表的对象可检测摄像头的状态改变,当摄像头的状态发生改变时,程序将会自动回调该对象的相应方法。该程序的关键是重写了stateCallback的onOpened(CameraDevice cameraDevice)方法—当摄像头被打开时将会自动激发该方法,通过该方法的参数即可让程序获取被打开的摄像头设备。除此之外,程序在onOpened()方法的②号粗体字代码处调用createCameraPreviewSession()方法创建了CameraCaptureSession,并开始预览取景。
createCameraPreviewSession()方法中的③号粗体字代码调用了CameraDevice的createCaptureSession()方法来创建CameraCaptureSession,调用该方法时也传入了一个CameraCaptureSession.StateCallback参数,这样即可保证当CameraCaptureSession被创建成功之后立即开始预览。
createCameraPreviewSession()方法的第一行粗体字代码将texture组件添加为previewRequestBuilder的target,这意味着程序通过previewRequestBuilder获取的图像数据将会被显示在texture组件上。
程序重写了CameraCaptureSession.StateCallback的onConfigured()方法—当CameraCaptureSession创建成功时将会自动回调该方法,该方法先通过previewRequestBuilder设置了预览参数,然后调用CameraCaptureSession对象的setRepeatingRequest()方法开始预览。
当单击程序界面上的拍照按钮时,程序将会激发该Activity的captureStillPicture()方法。该方法的实现逻辑同样很简单:程序先创建一个CaptureRequest.Builder对象,该方法中第一行粗体字代码将ImageReader添加成CaptureRequest.Builder的target—这意味着当程序拍照时,图像数据将会被传给此ImageReader。接下来程序通过CaptureRequest.Builder设置了拍照参数,然后通过⑤号粗体字代码调用CameraCaptureSession的capture()方法拍照即可,调用该方法时也传入了CaptureCallback参数,这样可以保证拍照完成之后会重新开始预览。
注意:该应用打开摄像头、创建CameraCaptureSession、预览、拍照时都没有传入Handler参数,这意味着程序直接在主线程中完成相应的Callback任务,这样可能导致程序响应变慢。对于实际的应用,我们建议传入Handler参数,这样即可让Handler使用新线程来执行Callback任务,这样才可提高应用的响应速度。
由于该程序需要使用手机的摄像头,因此还需要在AndroidManifest.xml文件中增加如下配置:
 
<!-- 授予该程序使用摄像头的权限 -->
<uses-permission android:name="android.permission.CAMERA" />
 
在Genymotion模拟器上运行该程序可能看到如图1所示的预览界面—这是因为Genymotion模拟器可以使用宿主电脑上的摄像头作为相机摄像头。
为了让模拟器能显示图1所示的预览界面,建议读者启用Genymotion模拟器的摄像头支持:单击Genymotion模拟器右边的摄像头图标,即可看到如图2所示的对话框。按该图上标出的提示即可打开Genymotion模拟器的摄像头支持。
运行该程序,按下右下角的“拍照”键,程序将会把拍得的照片保存下来,界面上也会显示该照片的存储目录。

本文来自:开源中国博客

感谢作者:视频开发王纲

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