Android Camera 预览、拍照、保存照片 实现

程序员Android

共 19363字,需浏览 39分钟

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2021-07-14 04:41

和你一起终身学习,这里是程序员Android

经典好文推荐,通过阅读本文,您将收获以下知识点:

一、Camera2架构概述
二、Camera2中比较重要的类及方法
三、具体实现步骤
四、初始化相关参数
五、打开相机
六、创建预览会话
七、拍照、保存
八、释放相机及线程

一、Camera2架构概述

Camera2架构图:

image

Camera2引用了管道的概念将安卓设备和摄像头之间联通起来,系统向摄像头发送 Capture 请求,而摄像头会返回 CameraMetadata。这一切建立在一个叫作 CameraCaptureSession 的会话中。

Camera2拍照流程图:

image

二、 Camera2中比较重要的类及方法

1. CameraManager

摄像头管理器,用于打开和关闭系统摄像头

  • getCameraIdList() :
    返回当前设备中可用的相机列表

  • getCameraCharacteristics(String cameraId) :
    根据摄像头id返回该摄像头的相关信息

  • openCamera(String cameraId, final CameraDevice.StateCallback callback,Handler handler)
    打开指定cameraId的相机。参数callback为相机打开时的回调,参数handler为callback被调用时所在的线程

2. CameraDevice

描述系统摄像头,类似于早期的Camera

  • createCaptureRequest(int templateType)
    创建一个新的Capture请求。参数templateType代表了请求类型,请求类型一共分为六种,分别为:

  1. TEMPLATE_PREVIEW : 创建预览的请求

  2. TEMPLATE_STILL_CAPTURE: 创建一个适合于静态图像捕获的请求,图像质量优先于帧速率

  3. TEMPLATE_RECORD : 创建视频录制的请求

  4. TEMPLATE_VIDEO_SNAPSHOT : 创建视视频录制时截屏的请求

  5. TEMPLATE_ZERO_SHUTTER_LAG : 创建一个适用于零快门延迟的请求。在不影响预览帧率的情况下最大化图像质量

  6. TEMPLATE_MANUAL : 创建一个基本捕获请求,这种请求中所有的自动控制都是禁用的(自动曝光,自动白平衡、自动焦点)

  • createCaptureSession(List<Surface> outputs,CameraCaptureSession.StateCallback callback,Handler handler)
    创建CaptureSession会话。第一个参数 outputs 是一个 List 数组,相机会把捕捉到的图片数据传递给该参数中的 Surface 。第二个参数 StateCallback 是创建会话的状态回调。第三个参数描述了 StateCallback 被调用时所在的线程

3. CameraCharacteristics

描述摄像头的各种特性,类似于Camera1中的CamerInfo。通过CameraManager的getCameraCharacteristics(String cameraId)方法来获取

  • get(Key<T> key) :
    通过制定的key获取相应的相机参数。

常用的key值有:

  1. CameraCharacteristics.LENS_FACING :
    获取摄像头方向。前置摄像头(LENS_FACING_FRONT)或 后置摄像头(LENS_FACING_BACK)

  2. CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL:
    获取当前设备支持的相机特性

  3. CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION:
    获取摄像头方向

  4. CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP:
    获取StreamConfigurationMap,它是管理摄像头支持的所有输出格式和尺寸

  5. CameraCharacteristics.FLASH_INFO_AVAILABLE:
    是否支持闪光灯

  6. CameraCharacteristics.STATISTICS_INFO_MAX_FACE_COUNT:
    同时检测到人脸的数量

  7. CameraCharacteristics.STATISTICS_INFO_AVAILABLE_FACE_DETECT_MODES:
    相机支持的人脸检测模式

4. CaptureRequest

描述了一次操作请求,拍照、预览等操作都需要先传入CaptureRequest参数,具体的参数控制也是通过CameraRequest的成员变量来设置

  • addTarget(Surface outputTarget)
    给此次请求添加一个Surface对象作为图像的输出目标

  • set(Key<T> key, T value)
    设置指定的参数值。

// 自动对焦
captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE)
// 闪光灯
captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH)
// 根据摄像头方向对保存的照片进行旋转,使其为"自然方向"
captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.JPEG_ORIENTATION, mCameraSensorOrientation)
// 人脸检测模式
captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.STATISTICS_FACE_DETECT_MODE, CameraCharacteristics.STATISTICS_FACE_DETECT_MODE_SIMPLE)

5. CameraCaptureSession

当需要拍照、预览等功能时,需要先创建该类的实例,然后通过该实例里的方法进行控制(例如:拍照 capture())

  • setRepeatingRequest(CaptureRequest request,
    CaptureCallback listener, Handler handler)

    根据传入的 CaptureRequest 对象开始一个无限循环的捕捉图像的请求。第二个参数 listener 为捕捉图像的回调,在回调中可以拿到捕捉到的图像信息

  • capture( CaptureRequest request,
    CaptureCallback listener, Handler handler)

    拍照。第二个参数为拍照的结果回调

6. CaptureResult

描述拍照完成后的结果

7. ImageReader

用于接收拍照结果和访问拍摄照片的图像数据。
得到一个ImageReader对象的方法为newInstance(int width, int height, int format, int maxImages)。前两个参数是保存图片的宽高,第三个参数为保存图片的格式,第四个参数代表用户可以同时访问到的最大图片数量

注意:
这个参数应该根据具体需业务需求尽可能的小,因为它的数值越大意味着需要消耗的内存就越高

  • acquireNextImage()
    得到ImageReader图像队列中的下一张图片,返回值是一个Image对象

8. Image

一个完整的图片缓存

  • getPlanes()
    获取该图像的像素平面数组。这个数组的大小跟图片的格式有关,如 JPEG格式数组大小为1

9. Plane

图像数据的单色平面

  • getBuffer()
    获取包含帧数据的ByteBuffer。通过这个ByteBuffer我们就可以把图片保存下来

三、具体实现步骤

1.申请权限:

<uses-permission android:name="android.permission.CAMERA" />
<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" />

2.在xml布局文件中定义一个TextureView

 <TextureView
android:id="@+id/textureView"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent" />

3.创建一个CameraHelper类,并给TextureView对象添加回调函数

class Camera2Helper(val mActivity: Activity, private val mTextureView: TextureView) {

companion object {
const val PREVIEW_WIDTH = 720 //预览的宽度
const val PREVIEW_HEIGHT = 1280 //预览的高度
const val SAVE_WIDTH = 720 //保存图片的宽度
const val SAVE_HEIGHT = 1280 //保存图片的高度
}

private lateinit var mCameraManager: CameraManager
private var mImageReader: ImageReader? = null
private var mCameraDevice: CameraDevice? = null
private var mCameraCaptureSession: CameraCaptureSession? = null

private var mCameraId = "0"
private lateinit var mCameraCharacteristics: CameraCharacteristics

private var mCameraSensorOrientation = 0 //摄像头方向
private var mCameraFacing = CameraCharacteristics.LENS_FACING_BACK //默认使用后置摄像头
private val mDisplayRotation = mActivity.windowManager.defaultDisplay.rotation //手机方向

private var canTakePic = true //是否可以拍照
private var canExchangeCamera = false //是否可以切换摄像头

private var mCameraHandler: Handler
private val handlerThread = HandlerThread("CameraThread")

private var mPreviewSize = Size(PREVIEW_WIDTH, PREVIEW_HEIGHT) //预览大小
private var mSavePicSize = Size(SAVE_WIDTH, SAVE_HEIGHT) //保存图片大小

init {
handlerThread.start()
mCameraHandler = Handler(handlerThread.looper)

mTextureView.surfaceTextureListener = object : TextureView.SurfaceTextureListener {
override fun onSurfaceTextureSizeChanged(surface: SurfaceTexture?, width: Int, height: Int) {
}

override fun onSurfaceTextureUpdated(surface: SurfaceTexture?) {
}

override fun onSurfaceTextureDestroyed(surface: SurfaceTexture?): Boolean {
releaseCamera()
return true
}

override fun onSurfaceTextureAvailable(surface: SurfaceTexture?, width: Int, height: Int) {
initCameraInfo()
}
}
}
}

各个参数都加的有注释,应该都能看得懂哈~

简单说几点:

  1. 因为打开相机和创建会话等都是耗时操作,所以我们启动一个HandlerThread在子线程中来处理

  2. 有两个关于尺寸的变量,一个是预览尺寸(在屏幕上显示),一个是保存图片的尺寸(保存到sd卡中图片的尺寸)

  3. 有两个方向,一个是手机方向(如果是竖屏应用的话此方向为0),另一个是摄像头方向(一般来说,前置摄像头方向为270,后置摄像头方向为90)

注:
如果对手机方向和摄像头方向还不太理解的小伙伴,建议看一下Android: Camera相机开发详解(上) —— 知识储备,里面有对这两个方向的讲解。

四、初始化相关参数

    /**
* 初始化
*/

private fun initCameraInfo() {
mCameraManager = mActivity.getSystemService(Context.CAMERA_SERVICE) as CameraManager
val cameraIdList = mCameraManager.cameraIdList
if (cameraIdList.isEmpty()) {
mActivity.toast("没有可用相机")
return
}

for (id in cameraIdList) {
val cameraCharacteristics = mCameraManager.getCameraCharacteristics(id)
val facing = cameraCharacteristics.get(CameraCharacteristics.LENS_FACING)

if (facing == mCameraFacing) {
mCameraId = id
mCameraCharacteristics = cameraCharacteristics
}
log("设备中的摄像头 $id")
}

val supportLevel = mCameraCharacteristics.get(CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL)
if (supportLevel == CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_LEGACY) {
mActivity.toast("相机硬件不支持新特性")
}

//获取摄像头方向
mCameraSensorOrientation = mCameraCharacteristics.get(CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION)
//获取StreamConfigurationMap,它是管理摄像头支持的所有输出格式和尺寸
val configurationMap = mCameraCharacteristics.get(CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP)

val savePicSize = configurationMap.getOutputSizes(ImageFormat.JPEG) //保存照片尺寸
val previewSize = configurationMap.getOutputSizes(SurfaceTexture::class.java) //预览尺寸

val exchange = exchangeWidthAndHeight(mDisplayRotation, mCameraSensorOrientation)

mSavePicSize = getBestSize(
if (exchange) mSavePicSize.height else mSavePicSize.width,
if (exchange) mSavePicSize.width else mSavePicSize.height,
if (exchange) mSavePicSize.height else mSavePicSize.width,
if (exchange) mSavePicSize.width else mSavePicSize.height,
savePicSize.toList())

mPreviewSize = getBestSize(
if (exchange) mPreviewSize.height else mPreviewSize.width,
if (exchange) mPreviewSize.width else mPreviewSize.height,
if (exchange) mTextureView.height else mTextureView.width,
if (exchange) mTextureView.width else mTextureView.height,
previewSize.toList())

mTextureView.surfaceTexture.setDefaultBufferSize(mPreviewSize.width, mPreviewSize.height)

log("预览最优尺寸 :${mPreviewSize.width} * ${mPreviewSize.height}, 比例 ${mPreviewSize.width.toFloat() / mPreviewSize.height}")
log("保存图片最优尺寸 :${mSavePicSize.width} * ${mSavePicSize.height}, 比例 ${mSavePicSize.width.toFloat() / mSavePicSize.height}")

//根据预览的尺寸大小调整TextureView的大小,保证画面不被拉伸
val orientation = mActivity.resources.configuration.orientation
if (orientation == Configuration.ORIENTATION_LANDSCAPE)
mTextureView.setAspectRatio(mPreviewSize.width, mPreviewSize.height)
else
mTextureView.setAspectRatio(mPreviewSize.height, mPreviewSize.width)

mImageReader = ImageReader.newInstance(mPreviewSize.width, mPreviewSize.height, ImageFormat.JPEG, 1)
mImageReader?.setOnImageAvailableListener(onImageAvailableListener, mCameraHandler)

if (openFaceDetect)
initFaceDetect()

openCamera()
}

/**
* 根据提供的屏幕方向 [displayRotation] 和相机方向 [sensorOrientation] 返回是否需要交换宽高
*/

private fun exchangeWidthAndHeight(displayRotation: Int, sensorOrientation: Int): Boolean {
var exchange = false
when (displayRotation) {
Surface.ROTATION_0, Surface.ROTATION_180 ->
if (sensorOrientation == 90 || sensorOrientation == 270) {
exchange = true
}
Surface.ROTATION_90, Surface.ROTATION_270 ->
if (sensorOrientation == 0 || sensorOrientation == 180) {
exchange = true
}
else -> log("Display rotation is invalid: $displayRotation")
}

log("屏幕方向 $displayRotation")
log("相机方向 $sensorOrientation")
return exchange
}

/**
*
* 根据提供的参数值返回与指定宽高相等或最接近的尺寸
*
* @param targetWidth 目标宽度
* @param targetHeight 目标高度
* @param maxWidth 最大宽度(即TextureView的宽度)
* @param maxHeight 最大高度(即TextureView的高度)
* @param sizeList 支持的Size列表
*
* @return 返回与指定宽高相等或最接近的尺寸
*
*/

private fun getBestSize(targetWidth: Int, targetHeight: Int, maxWidth: Int, maxHeight: Int, sizeList: List<Size>): Size {
val bigEnough = ArrayList<Size>() //比指定宽高大的Size列表
val notBigEnough = ArrayList<Size>() //比指定宽高小的Size列表

for (size in sizeList) {

//宽<=最大宽度 && 高<=最大高度 && 宽高比 == 目标值宽高比
if (size.width <= maxWidth && size.height <= maxHeight
&& size.width == size.height * targetWidth / targetHeight) {

if (size.width >= targetWidth && size.height >= targetHeight)
bigEnough.add(size)
else
notBigEnough.add(size)
}
log("系统支持的尺寸: ${size.width} * ${size.height} , 比例 :${size.width.toFloat() / size.height}")
}

log("最大尺寸 :$maxWidth * $maxHeight, 比例 :${targetWidth.toFloat() / targetHeight}")
log("目标尺寸 :$targetWidth * $targetHeight, 比例 :${targetWidth.toFloat() / targetHeight}")

//选择bigEnough中最小的值 或 notBigEnough中最大的值
return when {
bigEnough.size > 0 -> Collections.min(bigEnough, CompareSizesByArea())
notBigEnough.size > 0 -> Collections.max(notBigEnough, CompareSizesByArea())
else -> sizeList[0]
}
}

这个方法有点长,不过思路还是很清晰的。主要做了以下几件事:

  1. 首先,通过mActivity.getSystemService(Context.CAMERA_SERVICE) as CameraManager 获取到 CameraManager 实例

  2. 通过循环遍历设备中可用的相机,通过 mCameraManager.getCameraCharacteristics(id) 获取到相机的各种信息

  3. mCameraCharacteristics.get(CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION) 获取到相机传感器的方向

  4. 通过 configurationMap.getOutputSizes(ImageFormat.JPEG) 和 configurationMap.getOutputSizes(SurfaceTexture::class.java) 获取到相机支持的预览尺寸和保存图片的尺寸

  5. exchangeWidthAndHeight(displayRotation: Int, sensorOrientation: Int)方法的作用是根据屏幕方向和摄像头方向确定是否需要交换宽高

比如我们手机竖屏放置,设置的预览宽高是 720 * 1280 ,我们希望设置的是宽为 720,高为 1280 。而后置摄像头相对于竖直方向是 90°,也就说 720 相对于是摄像头来说是它的高度,1280 是它的宽度,这跟我们想要设置的刚好相反。所以,我们通过exchangeWidthAndHeight这个方法得出来是否需要交换宽高值,如果需要,那变成了把 1280 * 720 设置给摄像头,即它的宽为 720,高为 1280 。这样就与我们预期的宽高值一样了

  1. 通过 getBestSize(targetWidth: Int, targetHeight: Int, maxWidth: Int, maxHeight: Int, sizeList: List<Size>) 方法获取到最优的宽和高。根据传入的 目标宽高值、最大宽高值(即屏幕大小)和 相机支持的尺寸列表,从相机支持的尺寸列表中得到一个最优值。

  2. 通过mTextureView.surfaceTexture.setDefaultBufferSize(mPreviewSize.width, mPreviewSize.height) 方法用来设置TextureView的预览尺寸

  3. mImageReader = ImageReader.newInstance(mSavePicSize.width, mSavePicSize.height, ImageFormat.JPEG, 1)
    mImageReader?.setOnImageAvailableListener(onImageAvailableListener, mCameraHandler)

创建一个ImageReader对象,并设置回调函数。前两个参数代表保存图片的宽高,第三个参数是保存图片的格式,第四个参数代表用户同时可以得到的图片最大数

在onImageAvailableListener中处理得到的图像数据,具体代码在后面给出

五、打开相机

     /**
* 打开相机
*/

private fun openCamera() {

if (ContextCompat.checkSelfPermission(mActivity, Manifest.permission.CAMERA) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
mActivity.toast("没有相机权限!")
return
}

mCameraManager.openCamera(mCameraId, object : CameraDevice.StateCallback() {
override fun onOpened(camera: CameraDevice) {
log("onOpened")
mCameraDevice = camera
createCaptureSession(camera)
}

override fun onDisconnected(camera: CameraDevice) {
log("onDisconnected")
}

override fun onError(camera: CameraDevice, error: Int) {
log("onError $error")
mActivity.toast("打开相机失败!$error")
}
}, mCameraHandler)
}

六、创建预览会话

 /**
* 创建预览会话
*/

private fun createCaptureSession(cameraDevice: CameraDevice) {

val captureRequestBuilder = cameraDevice.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW)

val surface = Surface(mTextureView.surfaceTexture)
captureRequestBuilder.addTarget(surface) // 将CaptureRequest的构建器与Surface对象绑定在一起
captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH) // 闪光灯
captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE) // 自动对焦

// 为相机预览,创建一个CameraCaptureSession对象
cameraDevice.createCaptureSession(arrayListOf(surface, mImageReader?.surface), object : CameraCaptureSession.StateCallback() {
override fun onConfigureFailed(session: CameraCaptureSession?) {
mActivity.toast("开启预览会话失败!")
}

override fun onConfigured(session: CameraCaptureSession) {
mCameraCaptureSession = session
session.setRepeatingRequest(captureRequestBuilder.build(), mCaptureCallBack, mCameraHandler)
}

}, mCameraHandler)
}

private val mCaptureCallBack = object : CameraCaptureSession.CaptureCallback() {

override fun onCaptureCompleted(session: CameraCaptureSession, request: CaptureRequest?, result: TotalCaptureResult) {
super.onCaptureCompleted(session, request, result)
canExchangeCamera = true
canTakePic = true
}

override fun onCaptureFailed(session: CameraCaptureSession?, request: CaptureRequest?, failure: CaptureFailure?) {
super.onCaptureFailed(session, request, failure)
log("onCaptureFailed")
mActivity.toast("开启预览失败!")
}
}

  1. 通过cameraDevice.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW) 创建一个用于预览的Builder对象

  2. 为该Builder对象添加一个Surface对象,并设置各种相关参数

  3. 通过cameraDevice.createCaptureSession创建一个会话,第一个参数中传了一个 surface 和 mImageReader?.surface。这表明了这次会话的图像数据的输出到这两个对象

  4. 当会话创建成功时,通过 session.setRepeatingRequest(captureRequestBuilder.build(), mCaptureCallBack, mCameraHandler) 发起预览请求

到这一步,程序已经能够正常跑起来了。下面是我的手机跑起来时打印的日志:

image

image

注意 :
Camera2在一些低端机器上会出现预览画面拉伸问题。
在android 5.0,硬件兼容级别为legacy时,Camera2输出的宽高比和Camera Sensor保持一致。也就是说我们设置的预览宽高 720 * 1280 并不起作用,所以出现了画面拉伸。
对于这个问题,我在网上看到的答案是如果遇到这种情况放弃使用Camra2,使用旧的Camera1。这并不是一种优雅的解决方法,如果小伙们们有更好的解决方法的话欢迎提出来

七、拍照、保存

    /**
* 拍照
*/

fun takePic() {
if (mCameraDevice == null || !mTextureView.isAvailable || !canTakePic) return

mCameraDevice?.apply {

val captureRequestBuilder = createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_STILL_CAPTURE)
captureRequestBuilder.addTarget(mImageReader?.surface)

captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE) // 自动对焦
captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH) // 闪光灯
captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.JPEG_ORIENTATION, mCameraSensorOrientation) //根据摄像头方向对保存的照片进行旋转,使其为"自然方向"
mCameraCaptureSession?.capture(captureRequestBuilder.build(), null, mCameraHandler)
?: mActivity.toast("拍照异常!")
}
}

private val onImageAvailableListener = OnImageAvailableListener {

val image = it.acquireNextImage()
val byteBuffer = image.planes[0].buffer
val byteArray = ByteArray(byteBuffer.remaining())
byteBuffer.get(byteArray)
it.close()
BitmapUtils.savePic(byteArray, mCameraSensorOrientation == 270, { savedPath, time ->
mActivity.runOnUiThread {
mActivity.toast("图片保存成功!保存路径:$savedPath 耗时:$time")
}
}, { msg ->
mActivity.runOnUiThread {
mActivity.toast("图片保存失败!$msg")
}
})
}

  1. 通过createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_STILL_CAPTURE) 创建一个拍照请求的Builder对象

  2. 然后设置各种参数。注意,captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.JPEG_ORIENTATION, mCameraSensorOrientation)用来设置保存照片的旋转方向。如果不设置的话,保存的照片不是"自然方向"

在 Android: Camera相机开发详解(上) —— 知识储备 中有讲解

  1. 拍照的结果是在 OnImageAvailableListener 对象中得到的。首先通过 acquireNextImage() 方法获取到一个Image对象,然后通过 image.planes[0].buffer 得到 byteBuffer,将这个 byteBuffer 转换成 byteArray 。这个 byteArray 就是拍照所得到的图像数据。然后就可以把这个 byteArray 保存成图片到手机存储中

八、 释放相机及线程

    fun releaseCamera() {
mCameraCaptureSession?.close()
mCameraCaptureSession = null

mCameraDevice?.close()
mCameraDevice = null

mImageReader?.close()
mImageReader = null

canExchangeCamera = false
}

fun releaseThread() {
handlerThread.quitSafely()
}

效果展示

image

完整代码

https://github.com/smashinggit/Study

原文链接:https://www.jianshu.com/p/0ea5e201260f

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