Android相机开发——CameraView源码解析
前言
年底公司赶项目,忙得不亦乐乎,博客也很久没更新了。公司项目里用到了自定义摄像头的模块,也参考了Google开源项目CameraView来实现版本兼容的问题,这篇博客也是忙里偷闲来总结一下CameraView的源码。
相机开发需要注意的问题
随着Android版本的不断升级,Android对摄像头的调用方法也在不断更新,导致日趋严重的碎片化问题。
- 版本兼容性问题:Androd提供了两套调用摄像头的API,Android5.0以下的Camera和Android5.0以上的Camera2。同时,Android又提供了两种常用的摄像头预览控件:Android 4.0以下的SurfaceView和Android 4.0以上的TextureView。
- 设备兼容性问题:各个厂家硬件设计不同和对摄像头的调校力度不同,对Camera/Camera2的支持程度也不同,甚至有些5.0以上的设备并不支持Camera2,需要降级使用Camera。要解决这种设备兼容性问题需要不断积累,一点一点踩坑。
- 各个场景下的生命周期变化:如应用程序切换至后台运行、预览状态下锁屏、横竖屏切换等等,对应各个场景变化,我们需要随之执行摄像头的申请与释放、Surface的创建与销毁等一系列动作。
Android官方推出的开源项目CameraView,主要针对摄像头的版本兼容性问题提供了一种解决方案。Android5.0以下用Camera,Android5.0以上用Camera2;Android4.0以下用SurfaceView和Android4.0以上用TextureView。个别厂家设备Android5.0并不支持Camera2,这种情况不在我们的讨论范围内。
版本兼容策略,图片来源于参考资料自定义相机的开发流程
自定义相机开发流程一般分为以下几个步骤:
- 检查权限:在AndroidManifest.xml中添加Camera相关功能使用的权限,Android6.0以上需要申请动态权限。
- 打开摄像头:检测并访问相机资源,打开指定的摄像头(前置或后置),这一动作比较耗时,一般在子线程中执行。打开成功后获取到摄像头对象,通过它可以获得该摄像头相关参数,也可以设置一些自定义参数(如闪光灯、对焦模式)。
- 开启预览:创建预览控件和设置预览参数,摄像头预览数据同步显示在预览控件上。
- 执行拍照:设置回调监听,获取拍照回传的图像数据。将拍摄获得的图像转换成位图文件,最终输出保存成各种常用格式的图片。
- 关闭预览:对应各个场景生命周期执行关闭预览。
- 关闭摄像头:当相机使用完毕后,应用程序必须正确地将其释放,以免消耗资源和发生异常冲突。
CameraView生命周期管理
我们在相机开发需要注意的问题一节中强调过对生命周期的管理。CameraView巧妙的将自身的生命周期封装在控件内部交由上层(Activity)进行维护,同时也简化了调用流程。我们可以看看CmaeraView项目首页上的用法介绍:
@Override protected void onResume() { super.onResume(); mCameraView.start(); } @Override protected void onPause() { mCameraView.stop(); super.onPause(); }
这里可以看到,只需要在Activity的onResume()执行mCameraView.start()和在onPause()执行mCameraView.stop()就可以简单维护整个CameraView的生命周期。
在CameraView内部,也在View的各个生命周期中做了相对应的操作。
CameraView内部生命周期方法CameraView的版本兼容策略
CameraView为了解决版本兼容性问题,采用了策略模式,对应不同系统版本使用不同的实现方式。
CameraView的策略模式上图可以看到,CameraView中包含两个抽象类接口,CameraViewImpl对应对摄像头操作的具体实现,根据系统版本分别对应Camera和Camera2;PreviewImpl对应对预览控件的具体实现,根据系统版本分别对应SurfaceView与TextureView。下面看一下具体代码:
CameraViewImpl mImpl; public CameraView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) { super(context, attrs, defStyleAttr); if (isInEditMode()){ mCallbacks = null; mDisplayOrientationDetector = null; return; } // Internal setup final PreviewImpl preview = createPreviewImpl(context); mCallbacks = new CallbackBridge(); if (Build.VERSION.SDK_INT < 21) { mImpl = new Camera1(mCallbacks, preview); } else if (Build.VERSION.SDK_INT < 23) { mImpl = new Camera2(mCallbacks, preview, context); } else { mImpl = new Camera2Api23(mCallbacks, preview, context); } // Attributes ... // Display orientation detector ... }
我们可以看到,Android5.0以下用Camera,Android5.0以上用Camera2,Android6.0以上在Camera2的基础上尝试输出最高清的分辨率。下面再来看一下createPreviewImpl方法:
@NonNull private PreviewImpl createPreviewImpl(Context context) { PreviewImpl preview; if (Build.VERSION.SDK_INT < 14) { preview = new SurfaceViewPreview(context, this); } else { preview = new TextureViewPreview(context, this); } return preview; }
上面代码展示了CameraView对与预览控件的版本兼容策略,Android4.0以下用SurfaceView,Android4.0以上用TextureView。
PreviewImpl内部封装了一系列对预览控件的操作方法,SurfaceViewPreview和TextureViewPreview分别对应了SurfaceView和TextureView对PreviewImpl的具体实现。在其具体实现类内部又实现了控件生命周期的回调接口,一些复杂的生命周期(如横竖屏切换)也在其内部做了相应处理。
由于篇幅原因,这里不再对SurfaceView和TextureView做过多讲解,关于SurfaceView与TextureView的详情,请参考Android 5.0(Lollipop)中的SurfaceTexture,TextureView,SurfaceView和GLSurfaceView。
Camera1的相机实现
这一小节将解析使用Camera API来实现相机开发,对应前文的相机开发流程我们进行逐步解析:
- 打开摄像头:调用Camera.open(),打开相机,默认为后置,可以根据摄像头ID来指定打开前置还是后置。
- 开启预览:调用Camera.getParameters()获取Camera.Parameters对象,在Camera.Parameters对象中设置自定义参数,调用Camera.setPreviewDispaly(SurfaceHolder holder),指定预览控件的SurfaceHolder,调用Camera.startPreview()方法开启预览。
- 执行拍照:调用Camera.takePicture()方法进行拍照。
- 关闭预览:调用Camera.stopPreview()关闭预览。
- 关闭摄像头:调用Camera.release()关闭摄像头。
下面来看一下在Camera1类中的具体实现代码,首先看CameraViewImpl的入口start()方法:
@Override boolean start() { //选择指定摄像头 chooseCamera(); //打开摄像头 openCamera(); //设置预览控件 if (mPreview.isReady()) { setUpPreview(); } mShowingPreview = true; //开启预览 mCamera.startPreview(); return true; }
start()方法执行了打开摄像头、开启预览两个步骤,我们对这里调用的每一个方法进行分析:
private void chooseCamera() { //遍历所有摄像头设备,找到指定的摄像头 for (int i = 0, count = Camera.getNumberOfCameras(); i < count; i++) { Camera.getCameraInfo(i, mCameraInfo); if (mCameraInfo.facing == mFacing) { mCameraId = i; return; } } mCameraId = INVALID_CAMERA_ID; }
调用chooseCamera()遍历所有摄像头设备,找到指定的摄像头。
private void openCamera() { if (mCamera != null) { //如果摄像头已经开启,先释放掉 releaseCamera(); } //打开摄像头 mCamera = Camera.open(mCameraId); //获得Camera.Parameters对象 mCameraParameters = mCamera.getParameters(); //获取该摄像头支持的所有预览尺寸 mPreviewSizes.clear(); for (Camera.Size size : mCameraParameters.getSupportedPreviewSizes()) { mPreviewSizes.add(new Size(size.width, size.height)); } //获取该摄像头支持的所有拍照尺寸 mPictureSizes.clear(); for (Camera.Size size : mCameraParameters.getSupportedPictureSizes()) { mPictureSizes.add(new Size(size.width, size.height)); } // AspectRatio if (mAspectRatio == null) { mAspectRatio = Constants.DEFAULT_ASPECT_RATIO; } //根据需求设置自定义参数,这里主要是设置预览尺寸、拍照尺寸、对焦模式、闪光灯等。 adjustCameraParameters(); //设置水平垂直方向 mCamera.setDisplayOrientation(calcDisplayOrientation(mDisplayOrientation)); //执行开启摄像头成功的回调方法 mCallback.onCameraOpened(); }
打开摄像头,根据需求设置预览尺寸、拍照尺寸、对焦模式、闪光灯等参数,设置水平垂直方向,执行开启摄像头成功的回调方法。
void setUpPreview() { try { if (mPreview.getOutputClass() == SurfaceHolder.class) { final boolean needsToStopPreview = mShowingPreview && Build.VERSION.SDK_INT < 14; if (needsToStopPreview) { mCamera.stopPreview(); } mCamera.setPreviewDisplay(mPreview.getSurfaceHolder()); if (needsToStopPreview) { mCamera.startPreview(); } } else { mCamera.setPreviewTexture((SurfaceTexture) mPreview.getSurfaceTexture()); } } catch (IOException e) { throw new RuntimeException(e); } }
setUpPreview()方法主要是根据系统版本和预览状态来指定预览控件。
所有准备工作完成以后,调用Camera.startPreview()方法开启预览。预览开启以后就可以触发执行拍照动作,来看一下拍照的具体方法takePicture():
@Override void takePicture() { //如果摄像头未开启,抛出异常 if (!isCameraOpened()) { throw new IllegalStateException( "Camera is not ready. Call start() before takePicture()."); } //判断有没有开启自动对焦,如果有自动对焦则监听对焦完成以后执行拍照 if (getAutoFocus()) { mCamera.cancelAutoFocus(); mCamera.autoFocus(new Camera.AutoFocusCallback() { @Override public void onAutoFocus(boolean success, Camera camera) { takePictureInternal(); } }); } else { //没有自动对焦,直接拍照 takePictureInternal(); } } void takePictureInternal() { if (!isPictureCaptureInProgress.getAndSet(true)) { //拍照,并监听拍照完成的回调 mCamera.takePicture(null, null, null, new Camera.PictureCallback() { @Override public void onPictureTaken(byte[] data, Camera camera) { isPictureCaptureInProgress.set(false); //拍照完成,byte[] data为拍照的图像数据 //这里是使用回调方法将数据传到外部去执行下一步动作。 mCallback.onPictureTaken(data); camera.cancelAutoFocus(); camera.startPreview(); } }); } }
拍照完成以后,可以根据需求来关闭预览和关闭摄像头,这里主要解析一下stop()方法:
@Override void stop() { if (mCamera != null) { //关闭预览 mCamera.stopPreview(); } mShowingPreview = false; //关闭摄像头 releaseCamera(); } private void releaseCamera() { if (mCamera != null) { //释放摄像头 mCamera.release(); mCamera = null; //摄像头关闭以后执行回调方法 mCallback.onCameraClosed(); } }
到这里Camera1的拍照流程解析完成了,我们可以学习到相机开发流程各个步骤所对应的Camera API的常用实现方法。
Camera2的相机实现
Android 5.0以上版本将原来的camera API弃用转而推荐使用新增的camera2 API,camera2 API理解起来更为抽象,开发难度也更大,但是功能也更加强大。
camera2 流程示意图 图片来源见参考资料这里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 图片来源见参考资料上图可以简单的了解Camera2的拍照流程,对应前文的相机开发流程我们进行逐步解析:
- 打开摄像头:首先通过Context.getSystemService(Context.CAMERA_SERVICE)获得CameraManager对象,通过CameraManager找到指定的摄像头对象CameraDevice和对应的CameraId,再调用CameraManager.openCamera(currentCameraId, stateCallback, backgroundHandler)打开摄像头。
- 开启预览:Camera2需要通过创建请求来实现调用。CameraDevice.createCaptureSession(...)方法创建CaptureSession,在createCaptureSession()方法参数中设置请求类型和预览参数,再在回调函数中执行cameraCaptureSession.setRepeatingRequest(...)方法请求预览。
- 执行拍照:先设置好CaptureRequest请求的相关参数,在调用cameraCaptureSession.capture()完成拍照,拍照的图片数据在ImageReader对象的回调接口中获取。
- 关闭预览:CaptureSession.close()关闭会话对象。
- 关闭摄像头:CameraDevice.close()关闭摄像头。
下面来看一下在Camera2类中的具体实现代码,还是start()方法开始:
private final CameraManager mCameraManager; Camera2(Callback callback, PreviewImpl preview, Context context) { super(callback, preview); //构造函数中获取CameraManager对象 mCameraManager = (CameraManager) context.getSystemService(Context.CAMERA_SERVICE); mPreview.setCallback(new PreviewImpl.Callback() { @Override public void onSurfaceChanged() { startCaptureSession(); } }); } @Override boolean start() { //找到指定的摄像头 if (!chooseCameraIdByFacing()) { return false; } //设置相关配置,预览尺寸、拍照尺寸等 collectCameraInfo(); //设置ImageReader及其拍照数据的回调接口 prepareImageReader(); //打开摄像头 startOpeningCamera(); return true; }
首先在构造函数中获取CameraManager对象为摄像头管理类,用于检测摄像头,打开系统摄像头,获取摄像头特性等。
private boolean chooseCameraIdByFacing() { try { int internalFacing = INTERNAL_FACINGS.get(mFacing); //获得所有摄像头的cameraId final String[] ids = mCameraManager.getCameraIdList(); if (ids.length == 0) { // No camera throw new RuntimeException("No camera available."); } //遍历查找指定的摄像头 for (String id : ids) { //获取该摄像头的描述信息 CameraCharacteristics characteristics = mCameraManager.getCameraCharacteristics(id); ... if (internal == internalFacing) { mCameraId = id; mCameraCharacteristics = characteristics; return true; } } ... return true; } catch (CameraAccessException e) { throw new RuntimeException("Failed to get a list of camera devices", e); } }
chooseCameraIdByFacing()方法就是遍历所有摄像头设备,根据摄像头描述类CameraCharacteristics获取指定到的摄像头。
private void collectCameraInfo() { StreamConfigurationMap map = mCameraCharacteristics.get( CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP); if (map == null) { throw new IllegalStateException("Failed to get configuration map: " + mCameraId); } //遍历摄像头所支持的预览尺寸 mPreviewSizes.clear(); for (android.util.Size size : map.getOutputSizes(mPreview.getOutputClass())) { int width = size.getWidth(); int height = size.getHeight(); if (width <= MAX_PREVIEW_WIDTH && height <= MAX_PREVIEW_HEIGHT) { mPreviewSizes.add(new Size(width, height)); } } //遍历摄像头所支持的拍照尺寸 mPictureSizes.clear(); collectPictureSizes(mPictureSizes, map); //通过比例进行筛选 for (AspectRatio ratio : mPreviewSizes.ratios()) { if (!mPictureSizes.ratios().contains(ratio)) { mPreviewSizes.remove(ratio); } } if (!mPreviewSizes.ratios().contains(mAspectRatio)) { mAspectRatio = mPreviewSizes.ratios().iterator().next(); } }
collectCameraInfo()就是通过mCameraCharacteristics来设置相关配置,预览尺寸、拍照尺寸等。
private void prepareImageReader() { if (mImageReader != null) { mImageReader.close(); } //这里直接选择适合比例的最大的拍照尺寸 Size largest = mPictureSizes.sizes(mAspectRatio).last(); //设置用于拍照数据的ImageReader对象,并设置回调函数 mImageReader = ImageReader.newInstance(largest.getWidth(), largest.getHeight(), ImageFormat.JPEG, /* maxImages */ 2); mImageReader.setOnImageAvailableListener(mOnImageAvailableListener, null); } private final ImageReader.OnImageAvailableListener mOnImageAvailableListener = new ImageReader.OnImageAvailableListener() { @Override public void onImageAvailable(ImageReader reader) { try (Image image = reader.acquireNextImage()) { Image.Plane[] planes = image.getPlanes(); if (planes.length > 0) { ByteBuffer buffer = planes[0].getBuffer(); byte[] data = new byte[buffer.remaining()]; buffer.get(data); //同样,完成拍照后使用回调方法将数据传到外部去处理 mCallback.onPictureTaken(data); } } } };
prepareImageReader()设置了ImageReader的拍照尺寸和拍照的监听回调接口。
private void startOpeningCamera() { try { //打开相机 mCameraManager.openCamera(mCameraId, mCameraDeviceCallback, null); } catch (CameraAccessException e) { throw new RuntimeException("Failed to open camera: " + mCameraId, e); } } private final CameraDevice.StateCallback mCameraDeviceCallback = new CameraDevice.StateCallback() { @Override public void onOpened(@NonNull CameraDevice camera) { mCamera = camera; //执行打开相机完成的回调方法 mCallback.onCameraOpened(); //开始预览 startCaptureSession(); } @Override public void onClosed(@NonNull CameraDevice camera) { //执行关闭相机完成的回调方法 mCallback.onCameraClosed(); } @Override public void onDisconnected(@NonNull CameraDevice camera) { mCamera = null; } @Override public void onError(@NonNull CameraDevice camera, int error) { Log.e(TAG, "onError: " + camera.getId() + " (" + error + ")"); mCamera = null; } };
startOpeningCamera()就是打开摄像头并设置监听回调,当摄像头打开完成后开启预览。
void startCaptureSession() { if (!isCameraOpened() || !mPreview.isReady() || mImageReader == null) { return; } //选择最合适的预览尺寸 Size previewSize = chooseOptimalSize(); mPreview.setBufferSize(previewSize.getWidth(), previewSize.getHeight()); Surface surface = mPreview.getSurface(); try { //创建摄像头预览的请求 mPreviewRequestBuilder = mCamera.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW); //将请求关联预览控件的surface mPreviewRequestBuilder.addTarget(surface); //发送请求建立会话session的请求并监听回调 mCamera.createCaptureSession(Arrays.asList(surface, mImageReader.getSurface()), mSessionCallback, null); } catch (CameraAccessException e) { throw new RuntimeException("Failed to start camera session"); } } //监听CameraCaptureSession状态的回调接口 private final Session.StateCallback mSessionCallback = new CameraCaptureSession.StateCallback() { @Override public void onConfigured(@NonNull CameraCaptureSession session) { if (mCamera == null) { return; } //获得CameraCaptureSession对象,控制摄像头的预览或者拍照 mCaptureSession = session; updateAutoFocus(); updateFlash(); try { 开启预览并设置监听回调 mCaptureSession.setRepeatingRequest(mPreviewRequestBuilder.build(), mCaptureCallback, null); } catch (CameraAccessException e) { Log.e(TAG, "Failed to start camera preview because it couldn't access camera", e); } catch (IllegalStateException e) { Log.e(TAG, "Failed to start camera preview.", e); } } @Override public void onConfigureFailed(@NonNull CameraCaptureSession session) { Log.e(TAG, "Failed to configure capture session."); } @Override public void onClosed(@NonNull CameraCaptureSession session) { if (mCaptureSession != null && mCaptureSession.equals(session)) { mCaptureSession = null; } } };
首先请求建立会话,获得CameraCaptureSession对象后请求开启预览,并设置CaptureCallback回调接口进行监听。
@Override void takePicture() { //如果有设置自动对焦,则对焦完成后拍照 if (mAutoFocus) { lockFocus(); } else { //直接拍照 captureStillPicture(); } } void captureStillPicture() { try { //创建捕捉静态图片的请求 CaptureRequest.Builder captureRequestBuilder = mCamera.createCaptureRequest( CameraDevice.TEMPLATE_STILL_CAPTURE); //关联ImageReader的Surface对象 captureRequestBuilder.addTarget(mImageReader.getSurface()); //设置预览模式 captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE, mPreviewRequestBuilder.get(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE)); ... //设置拍照的格式和方向 // Calculate JPEG orientation. @SuppressWarnings("ConstantConditions") int sensorOrientation = mCameraCharacteristics.get( CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION); captureRequestBuilder.set(CaptureRequest.JPEG_ORIENTATION, (sensorOrientation + mDisplayOrientation * (mFacing == Constants.FACING_FRONT ? 1 : -1) + 360) % 360); //停止连续取景 // Stop preview and capture a still picture. mCaptureSession.stopRepeating(); //拍照 mCaptureSession.capture(captureRequestBuilder.build(), new CameraCaptureSession.CaptureCallback() { @Override public void onCaptureCompleted(@NonNull CameraCaptureSession session, @NonNull CaptureRequest request, @NonNull TotalCaptureResult result) { //取消对焦 unlockFocus(); } }, null); } catch (CameraAccessException e) { Log.e(TAG, "Cannot capture a still picture.", e); } }
takePicture()方法执行拍照动作,先建立拍照请求,设置相关参数,再发送请求完成拍照,照片数据在前文的ImageReader的监听接口中获得。再看一下stop()方法,这个比较简单:
@Override void stop() { if (mCaptureSession != null) { //关闭会话 mCaptureSession.close(); mCaptureSession = null; } if (mCamera != null) { //关闭摄像头 mCamera.close(); mCamera = null; } if (mImageReader != null) { //关闭ImageReader对象 mImageReader.close(); mImageReader = null; } }
至此Camera2的拍照流程解析完成,Camera2采用客户端/服务端式的请求/回调的设计模式,也将上层API和底层硬件层彻底分离与解耦。
总结
这篇文章讲解了Android相机开发中需要注意的问题和它们的解决方案,同时通过分析Google官方的CameraView项目源码,学习了如何管理相机的生命周期和解决版本兼容问题,最后我们又解析了Android的相机开发流程,通过camera和camera2两种API分别实现相机功能。
本文在很大程度上参考了以下资料,特此感谢!
Android相机开发那些坑
Android Camera2 拍照入门学习
Android平台Camera开发实践指南
android camera2 详解说明(一)
android.hardware.camera2 使用指南
更多相关文章
- Android资源String中html标签的使用
- Android:常用设定延时的方法
- Android开发艺术探索笔记 第四章 View的工作原理
- Android中Fragment的使用
- 分享两种最简单的Android打渠道包的方法
- Android入门进阶教程(15)-进程创建zygote 详解
- Android圆形进度条控件-CircleSeekBar
- android ndk 开发之 在 框架层使用 jni
- Android中各种Adapter的使用方法