Android Camera应用初探三

一.Android中开发相机应用的两种方式

Android系统提供了两种使用手机相机资源实现拍摄功能的方法，一种是直接通过Intent调用系统相机组件，这种方法快速方便，适用于直接获得照片的场景，如上传相册，微博、朋友圈发照片等。另一种是使用相机API来定制自定义相机，这种方法适用于需要定制相机界面或者开发特殊相机功能的场景，如需要对照片做裁剪、滤镜处理，添加贴纸，表情，地点标签等。这篇文章主要是从如何使用相机API来定制自定义相机这个方向展开的。

二.相机API中关键类解析

通过相机API实现拍摄功能涉及以下几个关键类和接口：

Camera ：最主要的类，用于管理和操作camera资源。它提供了完整的相机底层接口，支持相机资源切换，设置预览/拍摄尺寸，设定光圈、曝光、聚焦等相关参数，获取预览/拍摄帧数据等功能，主要方法有以下这些：

• open()：获取camera实例。
• setPreviewDisplay(SurfaceHolder)：绑定绘制预览图像的surface。surface是指向屏幕窗口原始图像缓冲区（raw buffer）的一个句柄，通过它可以获得这块屏幕上对应的canvas，进而完成在屏幕上绘制View的工作。通过surfaceHolder可以将Camera和surface连接起来，当camera和surface连接后，camera获得的预览帧数据就可以通过surface显示在屏幕上了。
• setPrameters设置相机参数，包括前后摄像头，闪光灯模式、聚焦模式、预览和拍照尺寸等。
• startPreview():开始预览，将camera底层硬件传来的预览帧数据显示在绑定的surface上。
• stopPreview():停止预览，关闭camra底层的帧数据传递以及surface上的绘制。
• release():释放Camera实例
• takePicture(Camera.ShutterCallback shutter, Camera.PictureCallback raw, Camera.PictureCallback jpeg):这个是实现相机拍照的主要方法，包含了三个回调参数。shutter是快门按下时的回调，raw是获取拍照原始数据的回调，jpeg是获取经过压缩成jpg格式的图像数据的回调。

SurfaceView ：用于绘制相机预览图像的类，提供给用户实时的预览图像。普通的view以及派生类都是共享同一个surface的，所有的绘制都必须在UI线程中进行。而surfaceview是一种比较特殊的view，它并不与其他普通view共享surface，而是在内部持有了一个独立的surface,surfaceview负责管理这个surface的格式、尺寸以及显示位置。由于UI线程还要同时处理其他交互逻辑，因此对view的更新速度和帧率无法保证，而surfaceview由于持有一个独立的surface，因而可以在独立的线程中进行绘制，因此可以提供更高的帧率。自定义相机的预览图像由于对更新速度和帧率要求比较高，所以比较适合用surfaceview来显示。

SurfaceHolder ：surfaceholder是控制surface的一个抽象接口，它能够控制surface的尺寸和格式，修改surface的像素，监视surface的变化等等，surfaceholder的典型应用就是用于surfaceview中。surfaceview通过getHolder()方法获得surfaceholder 实例，通过后者管理监听surface 的状态。

SurfaceHolder.Callback 接口 ：负责监听surface状态变化的接口，有三个方法：

• surfaceCreated(SurfaceHolder holder)：在surface创建后立即被调用。在开发自定义相机时，可以通过重载这个函数调用camera.open()、camera.setPreviewDisplay()，来实现获取相机资源、连接camera和surface等操作。
• surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height):在surface发生format或size变化时调用。在开发自定义相机时，可以通过重载这个函数调用camera.startPreview来开启相机预览，使得camera预览帧数据可以传递给surface，从而实时显示相机预览图像。
• surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder)：在surface销毁之前被调用。在开发自定义相机时，可以通过重载这个函数调用camera.stopPreview()，camera.release()来实现停止相机预览及释放相机资源等操作。

三.自定义相机的开发过程

• 检测并访问相机资源 检查手机是否存在相机资源，如果存在，请求访问相机资源。
• 创建预览类 创建继承自SurfaceView并实现SurfaceHolder接口的拍摄预览类。此类能够显示相机的实时预览图像。
• 建立预览布局 有了拍摄预览类，即可创建一个布局文件，将预览画面与设计好的用户界面控件融合在一起。
• 设置拍照监听器 给用户界面控件绑定监听器，使其能响应用户操作（如按下按钮）, 开始拍照过程。
• 拍照并保存文件 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。
• 释放相机资源 相机是一个共享资源，必须对其生命周期进行细心的管理。当相机使用完毕后，应用程序必须正确地将其释放，以免其它程序访问使用时，发生冲突。

1. 后置摄像头的镜像效果

说明这个问题之前，先介绍下Android手机上几个方向的概念：

屏幕方向：在Android系统中，屏幕的左上角是坐标系统的原点（0,0）坐标。原点向右延伸是X轴正方向，原点向下延伸是Y轴正方向。

相机传感器方向：手机相机的图像数据都是来自于摄像头硬件的图像传感器，这个传感器在被固定到手机上后有一个默认的取景方向，如下图2所示，坐标原点位于手机横放时的左上角，即与横屏应用的屏幕X方向一致。换句话说，与竖屏应用的屏幕X方向呈90度角。

图2 相机传感器方向示意图

相机的预览方向：由于手机屏幕可以360度旋转，为了保证用户无论怎么旋转手机都能看到“正确”的预览画面（这个“正确”是指显示在UI预览界面的画面与人眼看到的眼前的画面是一致的），Android系统底层根据当前手机屏幕的方向对图像传感器采集到的数据进行了旋转处理，然后才送给显示系统，因此可以保证预览画面始终“正确”。在相机API中可以通过setDisplayOrientation()设置相机预览方向。在默认情况下，这个值为0，与图像传感器一致。因此对于横屏应用来说，由于屏幕方向和预览方向一致，预览图像不会颠倒90度。但是对于竖屏应用，屏幕方向和预览方向垂直，所以会出现颠倒90度现象。为了得到正确的预览画面，必须通过API将相机的预览方向旋转90，保持与屏幕方向一致，如图3所示。

图3 相机预览方向示意图

（红色箭头为预览方向，蓝色方向为屏幕方向）

相机的拍照方向：当点击拍照按钮，拍摄的照片是由图像传感器采集到的数据直接存储到SDCard上产生的，因此，相机的拍照方向与传感器方向是一致的。

2. 前置摄像头的镜像效果

Android 相机硬件有个特殊设定，就是对于前置摄像头，在展示预览视图时采用类似镜面的效果，显示的是摄像头成像的镜像。而拍摄出的照片则仍采用摄像头成像。看到这里，大家可能会有些怀疑，不妨现在就试试自己 Android 手机上的前置摄像头，对比下预览图像和拍摄出照片的区别。这是由于底层相机在传递前置摄像头预览数据时做了水平翻转变换，即将x方向镜像翻转180度。这个变化对之前竖屏预览的方向也会造成影响，本来对于后置摄像头旋转90度即可使预览视图正确，而对前置摄像头，如果也旋转90度的话，看到的预览图像则是上下颠倒的（因为x方向翻转了180度），因此必须再旋转180度，才能显示正确，如图5所示，大家可以结合之前相机预览方向的示意图一起理解。

public static void setCameraDisplayOrientation(Activity activity,
         int cameraId, android.hardware.Camera camera) {
     android.hardware.Camera.CameraInfo info =
             new android.hardware.Camera.CameraInfo();
     android.hardware.Camera.getCameraInfo(cameraId, info);
     int rotation = activity.getWindowManager().getDefaultDisplay()
             .getRotation();
     int degrees = 0;
     switch (rotation) {
         case Surface.ROTATION_0: degrees = 0; break;
         case Surface.ROTATION_90: degrees = 90; break;
         case Surface.ROTATION_180: degrees = 180; break;
         case Surface.ROTATION_270: degrees = 270; break;
     } 
 
     int result;
     if (info.facing == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) {
         result = (info.orientation + degrees) % 360;
         result = (360 - result) % 360;  // compensate the mirror
     } else {  // back-facing 
         result = (info.orientation - degrees + 360) % 360;
     } 
     camera.setDisplayOrientation(result);
 } 

后置摄像头时info.orientation为90，前置摄像头为270

图5 前置摄像头的预览方向示意图

此外，由于拍摄图像并没有做水平翻转，所以对于前置摄像头拍出来的照片，用户会发现跟预览时所见的是左右翻转的。这个在一定程度上会影响用户体验。为了解决这个问题，可以对前置摄像头拍摄的图像在生成位图文件时增加一个水平翻转矩阵变换。形如：

Matrix matrix = new Matrix();
            matrix.setScale(-1,1);