Camera2开发(2)之CameraDevice类

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0x00 说明

该文章为本人个人学习的总结，如果遗漏或错误欢迎在评论区批评指出or补充。如对您有帮助可以细看之，如希望直接查看本人的学习资料来源，可直接跳到0x05 相关资料一节查看。

0x01 概览

CameraDevice是连接在安卓设备上的单个相机的抽象表示,CameraDevice支持在高帧率下对捕获的图像进行细粒度控制和后期处理.

在Camera2 API中,一个相机设备可能支持的硬件等级有以下几种(按每个等级所支持的功能来排序):

LEVEL_3>FULL>LIMIT>LEGACY

按照Google文档的说法,一般手机的相机可能会支持FULL或LIMIT,当一个设备支持到LIMIT,此时尽管Camera2 API具有更整洁和高效的接口,然而其只暴露出和旧的Camera API功能相当的API,与使用旧的API无异。
而支持到FULL等级的设备，则提供了比旧的Camera API大大改进的功能，比如支持30fps全高清连拍，支持帧之间的手动设置，支持RAW格式的图片拍摄，快门零延迟以及视频速拍等特性。只有在支持FULL级别的设备上才能完全发挥Camera2的特性。然而经过实测中发现，目前市面上大多安卓手机都只支持到最低级别LEGACY（估计是为了兼容android L 以下的系统？）......也就是说在这样的手机上使用Camera API和Camera2 API并没有太大区别，甚至Camera API的发挥可能还要好一些。不过，尽管如此，还是推荐使用Camera2 API，毕竟旧的Camera API已经被打上deprecated标签，指不定在未来哪个android的版本中Camera API就被移除了。相机设备所支持的硬件等级是由硬件厂商决定的，可以通过以下CameraCharacteristics类获取机子上的相机所支持的硬件等级参数：

CameraCharacteristics characteristics = manager.getCameraCharacteristics(cameraId);
int hardwareLevel=characteristics.get(CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL);

其中manager为CameraManager实例，关于CameraManager在上篇文章Camera2开发(1) --CameraManager类中有介绍。hardwareLevel==1为FULL，hardwareLevel==2为LEGACY，hardwareLevel==0为LIMIT，hardwareLevel==3为LEVEL_3。

0x02 内部类

StateCallback

该类用于接收相机的连接状态的更新。这些状态包括一系列的通知如相机启动结束(此时允许调用CameraDevice.createCaptureSession(List, CameraCaptureSession.StateCallback, Handler)创建一个捕获会话)，相机断开连接或关闭以及相机出现异常错误等。
在调用CameraDevice.openCamera(String,CameraDevice.StateCallback,Handler)方法打开相机时必须传入一个CameraDevice.StateCallback实例,以用于接收相机状态的更新和后续的处理。
典型的CameraDevice.StateCallback的声明和使用如下：

private final CameraDevice.StateCallback mStateCallback = new CameraDevice.StateCallback()
{
    @Override
    public void onOpened(@NonNull CameraDevice camera)
    {
        //当相机打开成功之后会回调此方法
        //一般在此进行获取一个全局的CameraDevice实例，开启相机预览等操作
        mCameraDevice = camera;//获取CameraDevice实例
        createCameraPreviewSession();//创建相机预览会话
    } 
    @Override
    public void onDisconnected(@NonNull CameraDevice camera)
    {
        //相机设备失去连接(不能继续使用)时回调此方法，同时当打开相机失败时也会调用此方法而不会调用onOpened()
        //可在此关闭相机，清除CameraDevice引用
        camera.close();
        mCameraDevice = null;
    }
    @Override
    public void onError(@NonNull CameraDevice camera, int error)
    {
        //相机发生错误时调用此方法
        camera.close();
        mCameraDevice = null;
    }
    @Override
    public void onClosed(CameraDevice camera)
    {
        //相机完全关闭时回调此方法
        super.onClosed(camera);
    }
};

其中onError(@NonNull CameraDevice camera, int error)中的error参数代表出错的代码，可参考Google文档上的错误代码说明。

0x03 常量

**int TEMPLATE_MANUAL **
Constant Value: 6 (0x00000006)

用于创建一个直接控制相机拍照参数的CaptureRequest请求。使用该模板创建的请求，相机的所有自动控制都会被禁用(例如自动曝光，自动白平衡，自动对焦等)，并将后期处理参数设置成预览质量。手动控制的参数(曝光，感光度等)将被设置成合理的默认值，用户需要根据自己想要的预期效果来调整这些参数。
兼容性：TEMPLATE_MANUAL在支持MANUAL_SENSOR功能的设备上可用。

int TEMPLATE_PREVIEW
Constant Value: 1 (0x00000001)

用于创建一个相机预览请求。通常情况下，设置了该模板的预览画面，相机会优先保证预览的帧率。该模板适用于相机画面预览，通常将该模板结合setRepeatingRequest(CaptureRequest, CameraCaptureSession.CaptureCallback, Handler)创建一个预览请求。
兼容性：TEMPLATE_PREVIEW在所有相机设备上均适用。

int TEMPLATE_RECORD
Constant Value: 3 (0x00000003)

用于创建录制视频的请求。使用该模板创建的请求将使用标准帧率，并且后期处理效果的质量将被设置成录像级别。
兼容性：TEMPLATE_RECORD可在所有的相机设备上使用.。

int TEMPLATE_STILL_CAPTURE
Constant Value: 2 (0x00000002)

用于创建一个拍照请求。使用该模板创建的请求会优先保证图像的质量，以获得最好的拍照效果。
兼容性：可在所有的相机设备上使用。

int TEMPLATE_VIDEO_SNAPSHOT
Constant Value: 4 (0x00000004)

用于创建录像时拍照请求。使用该模板创建的请求可以最大化地保证照片的质量同时不会破坏正在录制的视频质量。该模板创建的请求通常与CameraCaptureSession.capture(CaptureRequest request, CameraCaptureSession.CaptureCallback callback, Handler handler)结合使用，其中这里的request必须是基于TEMPLATE_RECORD模板创建。
兼容性：硬件支持级别高于LEGACY的所有相机设备可用。

int TEMPLATE_ZERO_SHUTTER_LAG
Constant Value: 5 (0x00000005)

用于创建零延迟拍照请求。使用该模板创建的请求将最大化地保证图片质量并且不会损失预览图像的帧率。此时自动对焦/自动白平衡和自动曝光都应处于auto模式。
兼容性：该模板仅在支持PRIVATE_PEPROCESSING或YUV_PEPROCESSING特性的相机设备上适用。

0x04 常用的方法

close()
尽可能快地关闭当前相机设备的连接。

调用该方法之后，所有调用处于激活状态的session和CameraDevice其方法的操作都将抛出一个IllegalStateException异常。当相机完全关闭后，CameraDevice.StateCallback.onClosed(CameraDevice)方法会被调用，此时相机就绪以等待下一次被打开。

createCaptureRequest(int templateType)
创建一个用于构建capture request的CaptureRequest.Builder实例,并用templateType模板初始化该实例。

该设置会为当前指定的CameraDevice适配最佳的选项，因此创建的CaptureRequest不建议重用到其他的CameraDevice以免出错。

参数说明：

• templateType：参考0x03 常量一节。

** createCaptureSession(List outputs, CameraCaptureSession.StateCallback callback, Handler handler)**
通过提供给相机设备的目标输出surface集合创建一个新的相机捕获会话(CameraCaptureSession)实例。

当前活动的capture session决定了相机的每一个capture request的输出surface(每个capture request的输出surface都是outputs的一个子集)。比如当我需要将捕获数据输出到预览surface，则需要将预览surface添加到outputs作为createCaptureSession的参数。
在实际使用中可根据不同的用例和输出目标来构建surface用于接收相机输出的图像数据,这里只列出拍照功能可能用到的几个，有关录像的以后再补充：

• 绘制到一个SurfaceView：
  使用SurfaceView来显示预览画面时，应在SurfaceView的Surface创建成功后先通过SurfaceHolder设置其大小,再获取Surface实例，如果不设置，则相机会自动为其设置一个小于且最接近1080p的可用预览尺寸：

SurfaceView mSurfaceView = (SurfaceView)findViewById(R.id.surfaceview);
SurfaceHolder mSurfaceHolder = mSurfaceView.getHolder();
StreamConfigurationMap map = characteristics.get(CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP);
//获取所有可用的预览尺寸
Size[] sizes=map.getOutputSizes(SurfaceHolder.class);
Size mPreviewSize=sizes[bestSizeIndex];
//设置surface尺寸
mSurfaceHolder.setFixedSize(mPreviewSize.getWidth(),mPreviewSize.getHeight());
//获取预览的surface
Surface surface=mSurfaceHolder.getSurface();

• 通过SurfaceTexture来访问OpenGL texture：
  使用TextureView来显示预览，要确保手机的硬件加速开启才能进行。
  在创建Surface之前，需要先设置SurfaceTexture的大小，如果不设置，则相机会自动为其设置一个小于且最接近1080p的可用预览尺寸：

//获取SurfaceTexture
SurfaceTexture texture = mTextureView.getSurfaceTexture();
//获取所有可用预览尺寸
Size[] sizes=map.getOutputSizes(SurfactTexture.class);
Size mPreviewSize=sizes[bestSizeIndex];
//设置SurfaceTexture大小
texture.setDefaultBufferSize(mPreviewSize.getWidth(), mPreviewSize.getHeight());
//获取预览的surface
Surface surface = new Surface(texture);

• 结合MediaCodec进行录像：待补充
• 结合MediaRecorder进行录像：待补充
• 结合android.renderscript进行高效的YUV处理：待补充
• 在程序中访问RAW格式或未压缩的YUV或者压缩的JPEG格式的图像数据：
  可创建一个ImageReader对象，通过ImageReader的Surface来接收相机图像并保存图像数据：

//************************
//**1.创建ImageReader对象**
//************************
StreamConfigurationMap map = characteristics.get(CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP);
//获取指定格式的所有支持尺寸
Size[] sizes=map.getOutputSizes(ImageFormat.JPEG);
//计算期望的最佳尺寸，至于怎么计算则看具体需求。如果该ImageReader的大小没有在程序中设置,
//则当前相机设备将自动为该ImageReader设置一个支持的小于1080p的尺寸。
Size largestSize = Collections.max(Arrays.asList(sizes), new CompareSizesByArea());
//创建ImageReader
ImageReader mImageReader = ImageReader.newInstance(largestSize.getWidth(), largestSize.getHeight(), ImageFormat.JPEG,/*maxImages*/2);

//...其他操作

/** 
* 摘自Google Sample：Camera2Basic
* Compares two {@code Size}s based on their areas. 
*/
static class CompareSizesByArea implements Comparator{
    @Override
    public int compare(Size lhs, Size rhs)
    {
        //We cast here to ensure the multiplications won't overflow
        return Long.signum((long) lhs.getWidth() * lhs.getHeight() - (long) rhs.getWidth() * rhs.getHeight());
    }
}

//...其他操作

//************************
//**2.设置ImageReader.OnImageAvailableListener监听**
//************************
private final ImageReader.OnImageAvailableListener mOnImageAvailableListener = new ImageReader.OnImageAvailableListener()
{
    @Override
    public void onImageAvailable(ImageReader reader)
    {
        //在这里调用(reader.acquireNextImage()获取图像数据
        mBackgroundHandler.post(new ImageSaver(reader.acquireNextImage(), mFile));
    }
};

//...其他操作

mImageReader.setOnImageAvailableListener(mOnImageAvailableListener, mBackgroundHandler);

//************************
//**3.随后可通过ImageReader.getSurface()方法获取Surface**
//************************
Surface surface=mImageReader.getSurface();

参数说明：

• outputs
  所有可用于捕获相机输出数据的surface集合。
• callback
  CameraCaptureSession.StateCallback实例，调用CameraDevice.createCaptureSession后会回调callback中相应的方法，可在该回调中处理创建session成功或失败之后的进一步操作。
• handler
  指定处理该操作的handler

getId()

获取当前相机设备的id

0x05 相关资料

有关CameraDevice的使用实例可参考googlesamples/android-Camera2Basic

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20170115 15:45 by m2u