android camera2 詳解說明（一）

現在的手機一般都會提供相機功能，有些相機的鏡頭甚至支持1000萬以上像素，有些甚至支持光學變焦，這些手機已經變成了專業數碼相機。為了充分利用手機上的相機功能，Android應用可以控制拍照和錄制視頻。

††使用Android 5.0的Camera v2拍照

Android 5.0對拍照API進行了全新的設計，新增了全新設計的Camera v2 API，這些API不僅大幅提高了Android系統拍照的功能，還能支持RAW照片輸出，甚至允許程序調整相機的對焦模式、曝光模式、快門等。

Android 5.0的Camera v2主要涉及如下API。

?CameraManager：攝像頭管理器。這是一個全新的系統管理器，專門用於檢測系統攝像頭、打開系統攝像頭。除此之外，調用CameraManager的getCameraCharacteristics(String)方法即可獲取指定攝像頭的相關特性。

?CameraCharacteristics：攝像頭特性。該對象通過CameraManager來獲取，用於描述特定攝像頭所支持的各種特性。

?CameraDevice：代表系統攝像頭。該類的功能類似於早期的Camera類。

?CameraCaptureSession：這是一個非常重要的API，當程序需要預覽、拍照時，都需要先通過該類的實例創建Session。而且不管預覽還是拍照，也都是由該對象的方法進行控制的，其中控制預覽的方法為setRepeatingRequest();控制拍照的方法為capture()。

為了監聽CameraCaptureSession的創建過程，以及監聽CameraCaptureSession的拍照過程，Camera v2 API為CameraCaptureSession提供了StateCallback、CaptureCallback等內部類。

?CameraRequest和CameraRequest.Builder：當程序調用setRepeatingRequest()方法進行預覽時，或調用capture()方法進行拍照時，都需要傳入CameraRequest參數。CameraRequest代表了一次捕獲請求，用於描述捕獲圖片的各種參數設置，比如對焦模式、曝光模式……總之，程序需要對照片所做的各種控制，都通過CameraRequest參數進行設置。CameraRequest.Builder則負責生成CameraRequest對象。

理解了上面API的功能和作用之後，接下來即可使用Camera v2 API來控制攝像頭拍照了。控制拍照的步驟大致如下。

調用CameraManager的openCamera(String cameraId, CameraDevice.StateCallback callback, Handler handler)方法打開指定攝像頭。該方法的第一個參數代表要打開的攝像頭ID;第二個參數用於監聽攝像頭的狀態;第三個參數代表執行callback的Handler，如果程序希望直接在當前線程中執行callback，則可將handler參數設為null。

當攝像頭被打開之後，程序即可獲取CameraDevice—即根據攝像頭ID獲取了指定攝像頭設備，然後調用CameraDevice的createCaptureSession(List outputs, CameraCaptureSession. StateCallback callback，Handler handler)方法來創建CameraCaptureSession。該方法的第一個參數是一個List集合，封裝了所有需要從該攝像頭獲取圖片的Surface，第二個參數用於監聽CameraCaptureSession的創建過程;第三個參數代表執行callback的Handler，如果程序希望直接在當前線程中執行callback，則可將handler參數設為null。

不管預覽還是拍照，程序都調用CameraDevice的createCaptureRequest(int templateType)方法創建CaptureRequest.Builder，該方法支持TEMPLATE_PREVIEW(預覽)、TEMPLATE_RECORD(拍攝視頻)、TEMPLATE_STILL_CAPTURE(拍照)等參數。

通過第3步所調用方法返回的CaptureRequest.Builder設置拍照的各種參數，比如對焦模式、曝光模式等。

調用CaptureRequest.Builder的build()方法即可得到CaptureRequest對象，接下來程序可通過CameraCaptureSession的setRepeatingRequest()方法開始預覽，或調用capture()方法拍照。

實例：拍照時自動對焦

本實例示范了使用Camera v2來進行拍照。當用戶按下拍照鍵時，該應用會自動對焦，當對焦成功時拍下照片。該程序的界面中提供了一個自定義TextureView來顯示預覽取景，十分簡單。該自定義TextureView類的代碼如下。

程序清單：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);

}

}

}

}

接下來的MainActivity將會使用CameraManager來打開CameraDevice，並通過CameraDevice創建CameraCaptureSession，然後即可通過CameraCaptureSession進行預覽或拍照了。該Activity的代碼如下。

程序清單：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;

//攝像頭ID(通常0代表後置攝像頭，1代表前置攝像頭)

private String mCameraId = "0";

//定義代表攝像頭的成員變量

private CameraDevice cameraDevice;

//預覽尺寸

private Size previewSize;

private CaptureRequest.Builder previewRequestBuilder;

//定義用於預覽照片的捕獲請求

private CaptureRequest previewRequest;

//定義CameraCaptureSession成員變量

private CameraCaptureSession captureSession;

private ImageReader imageReader;

private final TextureView.SurfaceTextureListener mSurfaceTextureListener

= new TextureView.SurfaceTextureListener()

{

@Override

public void onSurfaceTextureAvailable(SurfaceTexture texture

, int width, int height)

{

//當TextureView可用時，打開攝像頭

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()

{

//攝像頭被打開時激發該方法

@Override

public void onOpened(CameraDevice cameraDevice)

{

MainActivity.this.cameraDevice = cameraDevice;

//開始預覽

createCameraPreviewSession();//②

}

//攝像頭斷開連接時激發該方法

@Override

public void onDisconnected(CameraDevice cameraDevice)

{

cameraDevice.close();

MainActivity.this.cameraDevice = null;

}

//打開攝像頭出現錯誤時激發該方法

@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);

//為該組件設置監聽器

textureView.setSurfaceTextureListener(mSurfaceTextureListener);

findViewById(R.id.capture).setOnClickListener(this);

}

@Override

public void onClick(View view)

{

captureStillPicture();

}

private void captureStillPicture()

{

try

{

if (cameraDevice == null)

{

return;

}

//創建作為拍照的CaptureRequest.Builder

final CaptureRequest.Builder captureRequestBuilder = cameraDevice

.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_STILL_CAPTURE);

//將imageReader的surface作為CaptureRequest.Builder的目標

captureRequestBuilder.addTarget(imageReader.getSurface());

//設置自動對焦模式

captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE,

CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE);

//設置自動曝光模式

captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,

CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);

//獲取設備方向

int rotation = getWindowManager().getDefaultDisplay().getRotation();

//根據設備方向計算設置照片的方向

captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.JPEG_ORIENTATION

, ORIENTATIONS.get(rotation));

//停止連續取景

captureSession.stopRepeating();

//捕獲靜態圖像

captureSession.capture(captureRequestBuilder.build()

, new CameraCaptureSession.CaptureCallback()//⑤

{

//拍照完成時激發該方法

@Override

public void onCaptureCompleted(CameraCaptureSession session

, CaptureRequest request, TotalCaptureResult result)

{

try

{

//重設自動對焦模式

previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_TRIGGER,

CameraMetadata.CONTROL_AF_TRIGGER_CANCEL);

//設置自動曝光模式

previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,

CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);

//打開連續取景模式

captureSession.setRepeatingRequest(previewRequest, null, null);

}

catch (CameraAccessException e)

{

e.printStackTrace();

}

}

}, null);

}

catch (CameraAccessException e)

{

e.printStackTrace();

}

}

//打開攝像頭

private void openCamera(int width, int height)

{

setUpCameraOutputs(width, height);

CameraManager manager = (CameraManager) getSystemService(Context.CAMERA_ SERVICE);

try

{

//打開攝像頭

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());

//創建作為預覽的CaptureRequest.Builder

previewRequestBuilder = cameraDevice

.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);

//將textureView的surface作為CaptureRequest.Builder的目標

previewRequestBuilder.addTarget(new Surface(texture));

//創建CameraCaptureSession，該對象負責管理處理預覽請求和拍照請求

cameraDevice.createCaptureSession(Arrays.asList(surface

, imageReader.getSurface()), new CameraCaptureSession.StateCallback() //③

{

@Override

public void onConfigured(CameraCaptureSession cameraCaptureSession)

{

//如果攝像頭為null，直接結束方法

if (null == cameraDevice)

{

return;

}

//當攝像頭已經准備好時，開始顯示預覽

captureSession = cameraCaptureSession;

try

{

//設置自動對焦模式

previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE,

CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE);

//設置自動曝光模式

previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,

CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);

//開始顯示相機預覽

previewRequest = previewRequestBuilder.build();

//設置預覽時連續捕獲圖像數據

captureSession.setRepeatingRequest(previewRequest,

null, null);//④

}

catch (CameraAccessException e)

{

e.printStackTrace();

}

}

@Override

public void onConfigureFailed(CameraCaptureSession cameraCaptureSession)

{

Toast.makeText(MainActivity.this, "配置失敗!"

, 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

{

//獲取指定攝像頭的特性

CameraCharacteristics characteristics

= manager.getCameraCharacteristics(mCameraId);

//獲取攝像頭支持的配置屬性

StreamConfigurationMap map = characteristics.get(

CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP);

//獲取攝像頭支持的最大尺寸

Size largest = Collections.max(

Arrays.asList(map.getOutputSizes(ImageFormat.JPEG)),

new CompareSizesByArea());

//創建一個ImageReader對象，用於獲取攝像頭的圖像數據

imageReader = ImageReader.newInstance(largest.getWidth(), largest.getHeight(),

ImageFormat.JPEG, 2);

imageReader.setOnImageAvailableListener(

new ImageReader.OnImageAvailableListener()

{

//當照片數據可用時激發該方法

@Override

public void onImageAvailable(ImageReader reader)

{

//獲取捕獲的照片數據

Image image = reader.acquireNextImage();

ByteBuffer buffer = image.getPlanes()[0].getBuffer();

byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];

//使用IO流將照片寫入指定文件

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);

//獲取最佳的預覽尺寸

previewSize = chooseOptimalSize(map.getOutputSizes(

SurfaceTexture.class), width, height, largest);

//根據選中的預覽尺寸來調整預覽組件(TextureView)的長寬比

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("出現錯誤。");

}

}

private static Size chooseOptimalSize(Size[] choices

, int width, int height, Size aspectRatio)

{

//收集攝像頭支持的大過預覽Surface的分辨率

List 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);

}

}

//如果找到多個預覽尺寸，獲取其中面積最小的

if (bigEnough.size() > 0)

{

return Collections.min(bigEnough, new CompareSizesByArea());

}

else

{

System.out.println("找不到合適的預覽尺寸!!!");

return choices[0];

}

}

//為Size定義一個比較器Comparator

static class CompareSizesByArea implements Comparator

{

@Override

public int compare(Size lhs, Size rhs)

{

//強轉為long保證不會發生溢出

return Long.signum((long) lhs.getWidth() * lhs.getHeight() -

(long) rhs.getWidth() * rhs.getHeight());

}

}

}

上面程序中的①號粗體字代碼用於打開系統攝像頭，openCamera()方法的第一個參數代表請求打開的攝像頭ID，此處傳入的攝像頭ID為"0"，這代表打開設備後置攝像頭;如果需要打開設備指定攝像頭(比如前置攝像頭)，可以在調用openCamera()方法時傳入相應的攝像頭ID。

CameraManager提供了getCameraIdList()方法來獲取設備的攝像頭列表，還提供了getCameraCharacteristics(String cameraId)方法來獲取指定攝像頭的特性。例如如下代碼：

//獲取設備上攝像頭列表

String[] ids = CameraManager.getCameraIdList();

//創建一個空的CameraInfo對象，用於獲取攝像頭信息

Camera.CameraInfo cameraInfo = new Camera.CameraInfo();

for ( String id : ids)

{

CameraCharacteristics cc = getCameraCharacteristics(id);

//接下來的代碼就可以通過cc來獲取該攝像頭的特性了

...

}

上面程序中的①號粗體字代碼打開後置攝像頭時傳入了一個stateCallback參數，該參數代表的對象可檢測攝像頭的狀態改變，當攝像頭的狀態發生改變時，程序將會自動回調該對象的相應方法。該程序的關鍵是重寫了stateCallback的onOpened(CameraDevice cameraDevice)方法—當攝像頭被打開時將會自動激發該方法，通過該方法的參數即可讓程序獲取被打開的攝像頭設備。除此之外，程序在onOpened()方法的②號粗體字代碼處調用createCameraPreviewSession()方法創建了CameraCaptureSession，並開始預覽取景。

createCameraPreviewSession()方法中的③號粗體字代碼調用了CameraDevice的createCaptureSession()方法來創建CameraCaptureSession，調用該方法時也傳入了一個CameraCaptureSession.StateCallback參數，這樣即可保證當CameraCaptureSession被創建成功之後立即開始預覽。

createCameraPreviewSession()方法的第一行粗體字代碼將texture組件添加為previewRequestBuilder的target，這意味著程序通過previewRequestBuilder獲取的圖像數據將會被顯示在texture組件上。

程序重寫了CameraCaptureSession.StateCallback的onConfigured()方法—當CameraCaptureSession創建成功時將會自動回調該方法，該方法先通過previewRequestBuilder設置了預覽參數，然後調用CameraCaptureSession對象的setRepeatingRequest()方法開始預覽。

當單擊程序界面上的拍照按鈕時，程序將會激發該Activity的captureStillPicture()方法。該方法的實現邏輯同樣很簡單：程序先創建一個CaptureRequest.Builder對象，該方法中第一行粗體字代碼將ImageReader添加成CaptureRequest.Builder的target—這意味著當程序拍照時，圖像數據將會被傳給此ImageReader。接下來程序通過CaptureRequest.Builder設置了拍照參數，然後通過⑤號粗體字代碼調用CameraCaptureSession的capture()方法拍照即可，調用該方法時也傳入了CaptureCallback參數，這樣可以保證拍照完成之後會重新開始預覽。

注意：該應用打開攝像頭、創建CameraCaptureSession、預覽、拍照時都沒有傳入Handler參數，這意味著程序直接在主線程中完成相應的Callback任務，這樣可能導致程序響應變慢。對於實際的應用，我們建議傳入Handler參數，這樣即可讓Handler使用新線程來執行Callback任務，這樣才可提高應用的響應速度。

由於該程序需要使用手機的攝像頭，因此還需要在AndroidManifest.xml文件中增加如下配置：

在Genymotion模擬器上運行該程序可能看到如圖1所示的預覽界面—這是因為Genymotion模擬器可以使用宿主電腦上的攝像頭作為相機攝像頭。

為了讓模擬器能顯示圖1所示的預覽界面，建議讀者啟用Genymotion模擬器的攝像頭支持：單擊Genymotion模擬器右邊的攝像頭圖標，即可看到如圖2所示的對話框。按該圖上標出的提示即可打開Genymotion模擬器的攝像頭支持。

運行該程序，按下右下角的“拍照”鍵，程序將會把拍得的照片保存下來，界面上也會顯示該照片的存儲目錄。