摘要：通過可以將和連接起來，當(dāng)和連接后，獲得的預(yù)覽幀數(shù)據(jù)就可以通過顯示在屏幕上了。預(yù)覽幀數(shù)據(jù)傳遞給，實現(xiàn)預(yù)覽圖像的顯示。這里預(yù)覽幀數(shù)據(jù)對應(yīng)的預(yù)覽圖像暫且稱作相機(jī)預(yù)覽圖像。拍攝幀數(shù)據(jù)可以生成位圖文件，最終保存成或者等格式的圖片。

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最近我負(fù)責(zé)開發(fā)了一個跟Android相機(jī)有關(guān)的需求，新功能允許用戶使用手機(jī)攝像頭，快速拍攝特定尺寸（1：1或3：4）的照片，并支持在拍攝出的照片上做貼紙相關(guān)的操作。由于之前沒有接觸過Android相機(jī)開發(fā)，所以在整個開發(fā)過程中踩了不少坑，費了不少時間和精力。這篇文章總結(jié)了Android相機(jī)開發(fā)的相關(guān)知識、流程，以及容易遇到的坑，希望能幫助今后可能會接觸Android相機(jī)開發(fā)的朋友快速上手，節(jié)省時間，少走彎路。

Android系統(tǒng)提供了兩種使用手機(jī)相機(jī)資源實現(xiàn)拍攝功能的方法，一種是直接通過Intent調(diào)用系統(tǒng)相機(jī)組件，這種方法快速方便，適用于直接獲得照片的場景，如上傳相冊，微博、朋友圈發(fā)照片等。另一種是使用相機(jī)API來定制自定義相機(jī)，這種方法適用于需要定制相機(jī)界面或者開發(fā)特殊相機(jī)功能的場景，如需要對照片做裁剪、濾鏡處理，添加貼紙，表情，地點標(biāo)簽等。這篇文章主要是從如何使用相機(jī)API來定制自定義相機(jī)這個方向展開的。

通過相機(jī)API實現(xiàn)拍攝功能涉及以下幾個關(guān)鍵類和接口：

Camera：最主要的類，用于管理和操作camera資源。它提供了完整的相機(jī)底層接口，支持相機(jī)資源切換，設(shè)置預(yù)覽/拍攝尺寸，設(shè)定光圈、曝光、聚焦等相關(guān)參數(shù)，獲取預(yù)覽/拍攝幀數(shù)據(jù)等功能，主要方法有以下這些：

open()：獲取camera實例。

setPreviewDisplay(SurfaceHolder)：綁定繪制預(yù)覽圖像的surface。surface是指向屏幕窗口原始圖像緩沖區(qū)（raw buffer）的一個句柄，通過它可以獲得這塊屏幕上對應(yīng)的canvas，進(jìn)而完成在屏幕上繪制View的工作。通過surfaceHolder可以將Camera和surface連接起來，當(dāng)camera和surface連接后，camera獲得的預(yù)覽幀數(shù)據(jù)就可以通過surface顯示在屏幕上了。

setPrameters設(shè)置相機(jī)參數(shù)，包括前后攝像頭，閃光燈模式、聚焦模式、預(yù)覽和拍照尺寸等。

startPreview():開始預(yù)覽，將camera底層硬件傳來的預(yù)覽幀數(shù)據(jù)顯示在綁定的surface上。

stopPreview():停止預(yù)覽，關(guān)閉camra底層的幀數(shù)據(jù)傳遞以及surface上的繪制。

release():釋放Camera實例

takePicture(Camera.ShutterCallback shutter, Camera.PictureCallback raw, Camera.PictureCallback jpeg):這個是實現(xiàn)相機(jī)拍照的主要方法，包含了三個回調(diào)參數(shù)。shutter是快門按下時的回調(diào)，raw是獲取拍照原始數(shù)據(jù)的回調(diào)，jpeg是獲取經(jīng)過壓縮成jpg格式的圖像數(shù)據(jù)的回調(diào)。

SurfaceView：用于繪制相機(jī)預(yù)覽圖像的類，提供給用戶實時的預(yù)覽圖像。普通的view以及派生類都是共享同一個surface的，所有的繪制都必須在UI線程中進(jìn)行。而surfaceview是一種比較特殊的view，它并不與其他普通view共享surface，而是在內(nèi)部持有了一個獨立的surface,surfaceview負(fù)責(zé)管理這個surface的格式、尺寸以及顯示位置。由于UI線程還要同時處理其他交互邏輯，因此對view的更新速度和幀率無法保證，而surfaceview由于持有一個獨立的surface，因而可以在獨立的線程中進(jìn)行繪制，因此可以提供更高的幀率。自定義相機(jī)的預(yù)覽圖像由于對更新速度和幀率要求比較高，所以比較適合用surfaceview來顯示。

SurfaceHolder：surfaceholder是控制surface的一個抽象接口，它能夠控制surface的尺寸和格式，修改surface的像素，監(jiān)視surface的變化等等，surfaceholder的典型應(yīng)用就是用于surfaceview中。surfaceview通過getHolder()方法獲得surfaceholder 實例，通過后者管理監(jiān)聽surface 的狀態(tài)。

SurfaceHolder.Callback接口：負(fù)責(zé)監(jiān)聽surface狀態(tài)變化的接口，有三個方法：

surfaceCreated(SurfaceHolder holder)：在surface創(chuàng)建后立即被調(diào)用。在開發(fā)自定義相機(jī)時，可以通過重載這個函數(shù)調(diào)用camera.open()、camera.setPreviewDisplay()，來實現(xiàn)獲取相機(jī)資源、連接camera和surface等操作。

surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height):在surface發(fā)生format或size變化時調(diào)用。在開發(fā)自定義相機(jī)時，可以通過重載這個函數(shù)調(diào)用camera.startPreview來開啟相機(jī)預(yù)覽，使得camera預(yù)覽幀數(shù)據(jù)可以傳遞給surface，從而實時顯示相機(jī)預(yù)覽圖像。

surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder)：在surface銷毀之前被調(diào)用。在開發(fā)自定義相機(jī)時，可以通過重載這個函數(shù)調(diào)用camera.stopPreview()，camera.release()來實現(xiàn)停止相機(jī)預(yù)覽及釋放相機(jī)資源等操作。

定制一個自定義相機(jī)應(yīng)用，通常需要完成以下步驟，其流程圖如圖1所示：

檢測并訪問相機(jī)資源 檢查手機(jī)是否存在相機(jī)資源，如果存在，請求訪問相機(jī)資源。

創(chuàng)建預(yù)覽類 創(chuàng)建繼承自SurfaceView并實現(xiàn)SurfaceHolder接口的拍攝預(yù)覽類。此類能夠顯示相機(jī)的實時預(yù)覽圖像。

建立預(yù)覽布局 有了拍攝預(yù)覽類，即可創(chuàng)建一個布局文件，將預(yù)覽畫面與設(shè)計好的用戶界面控件融合在一起。

設(shè)置拍照監(jiān)聽器 給用戶界面控件綁定監(jiān)聽器，使其能響應(yīng)用戶操作（如按下按鈕）, 開始拍照過程。

拍照并保存文件 將拍攝獲得的圖像轉(zhuǎn)換成位圖文件，最終輸出保存成各種常用格式的圖片。

釋放相機(jī)資源 相機(jī)是一個共享資源，必須對其生命周期進(jìn)行細(xì)心的管理。當(dāng)相機(jī)使用完畢后，應(yīng)用程序必須正確地將其釋放，以免其它程序訪問使用時，發(fā)生沖突。

圖1 定制自定義相機(jī)的過程

對應(yīng)到代碼編寫上可以分成三個步驟：

第一步：在AndroidManifest.xml中添加Camera相關(guān)功能使用的權(quán)限，具體聲明有以下這些：

第二步：編寫相機(jī)操作功能類CameraOperationHelper。采用單例模式來統(tǒng)一管理相機(jī)資源，封裝相機(jī)API的直接調(diào)用，并提供用于跟自定義相機(jī)Activity做UI交互的回調(diào)接口，其功能函數(shù)如下，主要有創(chuàng)建釋放相機(jī)，連接開始關(guān)閉預(yù)覽界面，拍照，自動對焦，切換前后攝像頭，切換閃光燈模式等，具體實現(xiàn)可以參考官方API文檔。

第三步：編寫自定義相機(jī)Activity，主要是定制相機(jī)界面，實現(xiàn)UI交互邏輯，如按鈕點擊事件處理，icon資源切換，鏡頭尺寸切換動畫等。這里需要聲明一個SurfaceView對象來實時顯示相機(jī)預(yù)覽畫面。通過SurfaceHolder及其Callback接口來一同管理屏幕surface和相機(jī)資源的連接，相機(jī)預(yù)覽圖像的顯示/關(guān)閉。

下面再講講我在開發(fā)自定義相機(jī)時踩過的一些坑：

說明這個問題之前，先介紹下Android手機(jī)上幾個方向的概念：

屏幕方向：在Android系統(tǒng)中，屏幕的左上角是坐標(biāo)系統(tǒng)的原點（0,0）坐標(biāo)。原點向右延伸是X軸正方向，原點向下延伸是Y軸正方向。

相機(jī)傳感器方向：手機(jī)相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)都是來自于攝像頭硬件的圖像傳感器，這個傳感器在被固定到手機(jī)上后有一個默認(rèn)的取景方向，如下圖2所示，坐標(biāo)原點位于手機(jī)橫放時的左上角，即與橫屏應(yīng)用的屏幕X方向一致。換句話說，與豎屏應(yīng)用的屏幕X方向呈90度角。

圖2 相機(jī)傳感器方向示意圖

相機(jī)的預(yù)覽方向：由于手機(jī)屏幕可以360度旋轉(zhuǎn)，為了保證用戶無論怎么旋轉(zhuǎn)手機(jī)都能看到“正確”的預(yù)覽畫面（這個“正確”是指顯示在UI預(yù)覽界面的畫面與人眼看到的眼前的畫面是一致的），Android系統(tǒng)底層根據(jù)當(dāng)前手機(jī)屏幕的方向?qū)D像傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)處理，然后才送給顯示系統(tǒng)，因此可以保證預(yù)覽畫面始終“正確”。在相機(jī)API中可以通過setDisplayOrientation()設(shè)置相機(jī)預(yù)覽方向。在默認(rèn)情況下，這個值為0，與圖像傳感器一致。因此對于橫屏應(yīng)用來說，由于屏幕方向和預(yù)覽方向一致，預(yù)覽圖像不會顛倒90度。但是對于豎屏應(yīng)用，屏幕方向和預(yù)覽方向垂直，所以會出現(xiàn)顛倒90度現(xiàn)象。為了得到正確的預(yù)覽畫面，必須通過API將相機(jī)的預(yù)覽方向旋轉(zhuǎn)90，保持與屏幕方向一致，如圖3所示。

圖3 相機(jī)預(yù)覽方向示意圖

（紅色箭頭為預(yù)覽方向，藍(lán)色方向為屏幕方向）

相機(jī)的拍照方向：當(dāng)點擊拍照按鈕，拍攝的照片是由圖像傳感器采集到的數(shù)據(jù)直接存儲到SDCard上產(chǎn)生的，因此，相機(jī)的拍照方向與傳感器方向是一致的。

說明這個問題之前，同樣先說一下幾個跟相機(jī)有關(guān)的尺寸。

SurfaceView尺寸：即自定義相機(jī)應(yīng)用中用于顯示相機(jī)預(yù)覽圖像的View的尺寸，當(dāng)它鋪滿全屏?xí)r就是屏幕的大小。這里surfaceview顯示的預(yù)覽圖像暫且稱作手機(jī)預(yù)覽圖像。

Previewsize：相機(jī)硬件提供的預(yù)覽幀數(shù)據(jù)尺寸。預(yù)覽幀數(shù)據(jù)傳遞給SurfaceView，實現(xiàn)預(yù)覽圖像的顯示。這里預(yù)覽幀數(shù)據(jù)對應(yīng)的預(yù)覽圖像暫且稱作相機(jī)預(yù)覽圖像。

Picturesize：相機(jī)硬件提供的拍攝幀數(shù)據(jù)尺寸。拍攝幀數(shù)據(jù)可以生成位圖文件，最終保存成.jpg或者.png等格式的圖片。這里拍攝幀數(shù)據(jù)對應(yīng)的圖像稱作相機(jī)拍攝圖像。圖4說明了以上幾種圖像及照片之間的關(guān)系。手機(jī)預(yù)覽圖像是直接提供給用戶看的圖像，它由相機(jī)預(yù)覽圖像生成，拍攝照片的數(shù)據(jù)則來自于相機(jī)拍攝圖像。

圖4 幾種圖像之間的關(guān)系

下面說下我在開發(fā)過程中遇到的三種拉伸變形現(xiàn)象：

1、手機(jī)預(yù)覽畫面中物體被拉伸變形。

2、拍攝照片中物體被拉伸變形。

3、點擊拍照瞬間，手機(jī)預(yù)覽畫面會停頓下，此時的圖像是拉伸變形的，然后預(yù)覽畫面恢復(fù)后圖像又正常了。

現(xiàn)象1的原因是SurfaceView和Previewsize的長寬比率不一致。因為手機(jī)預(yù)覽視圖的圖像是由相機(jī)預(yù)覽圖像根據(jù)SurfaceView大小縮放得來的，當(dāng)長寬比不一致時必然會導(dǎo)致圖像變形。后兩個現(xiàn)象的原因則是Previewsize和Picturesize的長寬比率不一致所致，查了相關(guān)的資料，發(fā)現(xiàn)其具體原因跟某些手機(jī)相機(jī)硬件的底層實現(xiàn)有關(guān)。總之為了避免以上幾種變形現(xiàn)象的發(fā)生，在開發(fā)時最好將SurfaceView、PreviewSize、PictureSize三個尺寸保證長寬比例一致。具體實現(xiàn)可以先通過camera.getSupportedPreviewSizes()和camera.getSupportedPictureSizes()獲得相機(jī)硬件支持的所有預(yù)覽和拍攝尺寸，然后在里面篩選出和SurfaceView的長寬比一致并且大小合適的尺寸，通過camera.setPrameters來更新設(shè)置。注意：市場上手機(jī)相機(jī)硬件支持的尺寸一般都是主流的4:3或者16:9，所以SurfaceView尺寸不能太奇葩，最好也設(shè)置成這樣的長寬比。

前兩個Crash的原因是：相機(jī)硬件在聚焦和拍照前必須要保證已經(jīng)連接到surface，并且開啟相機(jī)預(yù)覽，surface有收到預(yù)覽數(shù)據(jù)。如果在還沒有執(zhí)行camera. setPreviewDisplay或者未調(diào)用camera. startPreview之前,就調(diào)用camera.autofocus或camera.takepicture，就會出現(xiàn)這個運行時異常。對應(yīng)到自定義相機(jī)的代碼中，要注意在拍照按鈕事件響應(yīng)中執(zhí)行camera.autofocus或camera.takepicture前，一定要檢驗camera有沒有設(shè)置預(yù)覽Surfaceview并開啟了相機(jī)預(yù)覽。這里有個方法可以判斷預(yù)覽狀態(tài)：Camera.setPreviewCallback是預(yù)覽幀數(shù)據(jù)的回調(diào)函數(shù)，它會在SurfaceView收到相機(jī)的預(yù)覽幀數(shù)據(jù)時被調(diào)用，因此在里面可以設(shè)置是否允許對焦和拍照的標(biāo)志位。

還有一點要注意，camera.takePicture()在執(zhí)行過程中會執(zhí)行camera.stopPreview來獲取拍攝幀數(shù)據(jù)，表現(xiàn)為預(yù)覽畫面卡住，而如果此時用戶點擊了按鈕的話，也就是調(diào)用camera.takepicture，也會出現(xiàn)上面的crash，因此在開發(fā)時，可能還需要屏蔽拍照按鈕的連續(xù)點擊。

第三個crash則涉及圖像的裁剪，由于要支持1：1或者4：3尺寸鏡頭，所以會需要對預(yù)覽視圖進(jìn)行裁剪，由于是豎屏應(yīng)用，所以裁剪區(qū)域的坐標(biāo)系跟相機(jī)傳感器方向是成90度角的，表現(xiàn)在裁剪里就是，屏幕上的x方向，對應(yīng)在拍攝圖像上是高度方向，而屏幕上的y方向，對應(yīng)到拍攝圖像上則是寬度方向。因此在計算時要一定注意坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換以及越界保護(hù)。

Android相機(jī)硬件有個特殊設(shè)定，就是對于前置攝像頭，在展示預(yù)覽視圖時采用類似鏡面的效果，顯示的是攝像頭成像的鏡像。而拍攝出的照片則仍采用攝像頭成像。看到這里，大家可能會有些懷疑，不妨現(xiàn)在就試試自己Android手機(jī)上的前置攝像頭，對比下預(yù)覽圖像和拍攝出照片的區(qū)別。這是由于底層相機(jī)在傳遞前置攝像頭預(yù)覽數(shù)據(jù)時做了水平翻轉(zhuǎn)變換，即將x方向鏡像翻轉(zhuǎn)180度。這個變化對之前豎屏預(yù)覽的方向也會造成影響，本來對于后置攝像頭旋轉(zhuǎn)90度即可使預(yù)覽視圖正確，而對前置攝像頭，如果也旋轉(zhuǎn)90度的話，看到的預(yù)覽圖像則是上下顛倒的（因為x方向翻轉(zhuǎn)了180度），因此必須再旋轉(zhuǎn)180度，才能顯示正確，如圖5所示，大家可以結(jié)合之前相機(jī)預(yù)覽方向的示意圖一起理解。

圖5 前置攝像頭的預(yù)覽方向示意圖

此外，由于拍攝圖像并沒有做水平翻轉(zhuǎn)，所以對于前置攝像頭拍出來的照片，用戶會發(fā)現(xiàn)跟預(yù)覽時所見的是左右翻轉(zhuǎn)的。這個在一定程度上會影響用戶體驗。為了解決這個問題，可以對前置攝像頭拍攝的圖像在生成位圖文件時增加一個水平翻轉(zhuǎn)矩陣變換。

為了節(jié)省手機(jī)電量，不浪費相機(jī)資源，在開發(fā)的自定義相機(jī)里，如果預(yù)覽圖像已不需要顯示，如按Home鍵盤切換后臺或者鎖屏后，此時就應(yīng)該關(guān)閉預(yù)覽并把相機(jī)資源釋放掉。參考官方API文檔，當(dāng)surfaceView變成可見時，會創(chuàng)建surface并觸發(fā)surfaceHolder.callback接口中surfaceCreated回調(diào)函數(shù)。而surfaceview變成不可見時，則會銷毀surface，并觸發(fā)surfacedestroyed回調(diào)函數(shù)。我們可以在對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)里，處理相機(jī)的相關(guān)操作，如連接surface、開啟/關(guān)閉預(yù)覽。 至于相機(jī)資源釋放，則可以放在Acticity的onpause里執(zhí)行。相應(yīng)的，要重新恢復(fù)預(yù)覽圖像時，可以把相機(jī)資源申請和初始化放在Acticity的onResume里執(zhí)行，然后通過創(chuàng)建surfaceview，將camera和surface相連并開啟預(yù)覽。

但是在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，對于按HOME鍵切后臺場景，程序可以正常運行。對于鎖屏場景，則在重新申請相機(jī)資源時會發(fā)生crash，說相機(jī)資源訪問失敗。那么原因是什么呢？我在代碼里增加了調(diào)試log， 檢查了代碼的執(zhí)行順序，結(jié)果如下：

在自定義相機(jī)頁面按HOME鍵時的執(zhí)行流程：

程序運行->按HOME鍵

Activity調(diào)用的順序是onPause->onStop

SurfaceView調(diào)用了surfaceDestroyed方法

然后再切回程序

Activity調(diào)用的順序是onRestart->onStart->onResume

SurfaceView調(diào)用了surfaceCreated->surfaceChanged方法

而對于鎖屏，其執(zhí)行流程則是：

Activity只調(diào)用onPause方法

解鎖后Activity調(diào)用onResume方法

SurfaceView中surfaceholder.callback的所有方法都沒有執(zhí)行

問題找到了，由于鎖屏?xí)r，callback的回調(diào)方法沒有執(zhí)行，導(dǎo)致相機(jī)和預(yù)覽的連接還沒有斷開，相機(jī)資源就被釋放了，所以導(dǎo)致在重新申請相機(jī)資源時，系統(tǒng)報crash。根據(jù)上面的文檔，推測是鎖屏下系統(tǒng)并沒有改變surfaceview的可見性，于是我嘗試在onPause和onResume時通過手動設(shè)置surfaceview的visibile屬性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以正常觸發(fā)回調(diào)函數(shù)了。由于在切后臺或者鎖屏?xí)r，用戶本來就應(yīng)該看不到surfaceview，因此這種手動更改surfaceview的可見性的方法，并不會對用戶的體驗造成影響。

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