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前言

在前几篇文章中介绍了如何调用系统相机拍照和使用Camera1的实现自定义相机拍照、人脸检测等功能

文章传送门：

接下来的几篇文章中，我将给大家介绍如何使用Camera2实现自定义相机以及在实现过程中遇到的问题。(实现效果及源码在文末给出)

一、Camera2架构概述

Camera2架构图：

camera2架构.jpg

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：

Camera2拍照流程图.png

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：

TEMPLATE_PREVIEW : 创建预览的请求

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

TEMPLATE_RECORD : 创建视频录制的请求

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

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

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 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 key) ：

通过制定的key获取相应的相机参数。

常用的key值有：

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)

CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL：

获取当前设备支持的相机特性

CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION：

获取摄像头方向

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

CameraCharacteristics.FLASH_INFO_AVAILABLE：

是否支持闪光灯

CameraCharacteristics.STATISTICS_INFO_MAX_FACE_COUNT:

同时检测到人脸的数量

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 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

一、申请权限：

二、在xml布局文件中定义一个TextureView

android:id="@+id/textureView"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="match_parent" />

三、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：

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

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)

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 {

val bigEnough = ArrayList() //比指定宽高大的Size列表

val notBigEnough = ArrayList() //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：

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

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

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

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

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

通过 getBestSize(targetWidth: Int, targetHeight: Int, maxWidth: Int, maxHeight: Int, sizeList: List) 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。

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

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！")

}

}

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

为该Builder对象添加一个Surface对象，并设置各种相关参数

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

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：

手机log1.png

手机log2.png

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")

}

})

}

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

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"

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

效果展示.gif

完整代码

注：此工程包含多个module，本文所用代码均在CameraDemo下

在下一篇文章中将会介绍如何使用Camera2实现人脸检测及实时显示人脸位置功能

注：由于本人水平有限，网上关于Camera2的文章也比较少，所以难免会有理解偏差或者使用不正确的问题。如果小伙伴们有更好的理解或者发现有什么问题，欢迎留言批评指正~