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本文首发地址 https://h89.cn/archives/415.html

近期在禾苗通信面试中，他们的负责人介绍到，他们的相机开发都使用的是 CameraX 的API，暂不评估可行性，本文只介绍一下 CameraX 的API及相关使用。

什么是 CameraX？

CameraX 是 Android Jetpack 库套件中的一部分，旨在简化 Android 应用中的相机开发。它构建在复杂的 Camera2 API 之上，抽象了大量底层细节，为开发者提供了更易用、更一致的接口。CameraX 兼容性强，支持 Android 5.0 (API level 21) 及以上版本，并且会随着 Android 系统的演进而持续更新，确保应用在不同设备上的稳定性和性能。

为什么选择 CameraX？

  1. 易用性：CameraX 极大地降低了相机开发的复杂性。相较于直接使用 Camera2 API，它通过更简洁的 API 设计和生命周期管理，减少了大量样板代码。
  2. 一致性：解决了 Android 生态系统中设备碎片化导致的不同相机行为问题。CameraX 在内部处理了这些差异，确保应用在各种设备上都能提供一致的相机体验。
  3. 生命周期感知：CameraX 与 Android 生命周期（如 Activity 和 LifecycleOwner）紧密集成，自动处理相机的打开、关闭、释放等操作，避免了常见的内存泄漏和资源管理问题。
  4. 功能丰富：支持常见的相机用例，如拍照、录像、图像分析（条形码扫描、人脸识别等），并提供方便的配置选项。
  5. 扩展性：通过 Use Cases (用例) 的概念，开发者可以灵活组合不同功能，例如同时进行预览和拍照，或者预览和图像分析。

CameraX 的核心概念：用例 (Use Cases)

CameraX 的设计核心是“用例” (Use Cases)，它将相机的功能划分为几个可独立或组合使用的模块。主要包括：

  • Preview (预览)：用于在屏幕上显示相机实时取景。这是所有相机应用的基础。
  • Image Capture (拍照)：用于捕获高分辨率的静态图像。
  • Image Analysis (图像分析)：用于实时访问相机帧进行图像处理，如计算机视觉任务（条形码扫描、文本识别、人脸检测等）。
  • Video Capture (视频录制)：用于录制视频。

开发者只需选择并配置所需的用例，然后将它们绑定到生命周期和相机选择器上。

CameraX 的基本使用步骤

下面是使用 CameraX 进行相机应用开发的基本流程：

  1. 添加依赖
    在你的 build.gradle (Module: app) 文件中添加 CameraX 库的依赖。通常需要 camera-core、camera-camera2（底层实现）和 camera-lifecycle（生命周期集成）。
dependencies {
    def camerax_version = "1.3.3" // 替换为最新稳定版本

    // CameraX core library using camera2 implementation
    implementation "androidx.camera:camera-core:${camerax_version}"
    implementation "androidx.camera:camera-camera2:${camerax_version}"
    implementation "androidx.camera:camera-lifecycle:${camerax_version}"

    // CameraX Extensions (可选，提供更多高级功能，如HDR、夜景模式)
    implementation "androidx.camera:camera-extensions:${camerax_version}"

    // CameraX View (可选，简化预览视图管理)
    implementation "androidx.camera:camera-view:${camerax_version}"
}
  1. 请求相机权限

在 AndroidManifest.xml 中声明相机和存储权限（如果需要保存图片或视频）：

<uses-permission android:name="android.permission.CAMERA" />
<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" /> 
<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" android:maxSdkVersion="28" />

并在运行时向用户请求这些权限。

  1. 设置预览视图

在布局文件中添加一个 PreviewView（如果使用了 camera-view 库），它是一个自定义的 View，用于显示相机预览流。

<androidx.camera.view.PreviewView
    android:id="@+id/viewFinder"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent" />
  1. 绑定用例到生命周期

在 Activity 或 Fragment 中，通常在 onCreate 或 onViewCreated 方法中初始化 CameraX 并绑定用例。

import androidx.camera.core.*
import androidx.camera.lifecycle.ProcessCameraProvider
import androidx.camera.view.PreviewView
import androidx.core.content.ContextCompat
import java.util.concurrent.ExecutorService
import java.util.concurrent.Executors

class CameraActivity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var cameraExecutor: ExecutorService
    private lateinit var previewView: PreviewView
    private lateinit var imageCapture: ImageCapture

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)

        previewView = findViewById(R.id.viewFinder)
        cameraExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor()

        // 检查权限并启动相机
        if (allPermissionsGranted()) {
            startCamera()
        } else {
            // 请求权限
            ActivityCompat.requestPermissions(
                this, REQUIRED_PERMISSIONS, REQUEST_CODE_PERMISSIONS
            )
        }
    }

    private fun startCamera() {
        val cameraProviderFuture = ProcessCameraProvider.getInstance(this)

        cameraProviderFuture.addListener({
            val cameraProvider: ProcessCameraProvider = cameraProviderFuture.get()

            // 初始化 Preview 用例
            val preview = Preview.Builder()
                .build()
                .also {
                    it.setSurfaceProvider(previewView.surfaceProvider)
                }

            // 初始化 ImageCapture 用例
            imageCapture = ImageCapture.Builder()
                .setCaptureMode(ImageCapture.CAPTURE_MODE_MINIMIZE_LATENCY) // 优化捕获延迟
                .build()

            // 选择后置摄像头作为默认摄像头
            val cameraSelector = CameraSelector.DEFAULT_BACK_CAMERA

            try {
                // 在重新绑定用例之前取消绑定所有用例
                cameraProvider.unbindAll()

                // 绑定用例到摄像头
                cameraProvider.bindToLifecycle(
                    this, cameraSelector, preview, imageCapture
                )

            } catch(exc: Exception) {
                Log.e(TAG, "Use case binding failed", exc)
            }

        }, ContextCompat.getMainExecutor(this))
    }

    // 处理权限请求结果
    override fun onRequestPermissionsResult(
        requestCode: Int, permissions: Array<String>, grantResults:
        IntArray) {
        super.onRequestPermissionsResult(requestCode, permissions, grantResults)
        if (requestCode == REQUEST_CODE_PERMISSIONS) {
            if (allPermissionsGranted()) {
                startCamera()
            } else {
                Toast.makeText(this,
                    "Permissions not granted by the user.",
                    Toast.LENGTH_SHORT).show()
                finish()
            }
        }
    }

    private fun allPermissionsGranted() = REQUIRED_PERMISSIONS.all {
        ContextCompat.checkSelfPermission(
            baseContext, it) == PackageManager.PERMISSION_GRANTED
    }

    companion object {
        private const val TAG = "CameraXApp"
        private const val REQUEST_CODE_PERMISSIONS = 10
        private val REQUIRED_PERMISSIONS =
            mutableListOf(
                Manifest.permission.CAMERA,
                Manifest.permission.RECORD_AUDIO
            ).apply {
                if (Build.VERSION.SDK_INT <= Build.VERSION_CODES.P) {
                    add(Manifest.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE)
                }
            }.toTypedArray()
    }

    override fun onDestroy() {
        super.onDestroy()
        cameraExecutor.shutdown()
    }
}
  1. 执行拍照操作

当你需要拍照时，调用 ImageCapture 用例的 takePicture 方法。

// 在某个按钮点击事件中
findViewById<Button>(R.id.image_capture_button).setOnClickListener {
    // 创建输出文件选项
    val name = SimpleDateFormat(FILENAME_FORMAT, Locale.US)
        .format(System.currentTimeMillis())
    val contentValues = ContentValues().apply {
        put(MediaStore.MediaColumns.DISPLAY_NAME, name)
        put(MediaStore.MediaColumns.MIME_TYPE, "image/jpeg")
        if (Build.VERSION.SDK_INT > Build.VERSION_CODES.P) {
            put(MediaStore.Images.Media.RELATIVE_PATH, "Pictures/CameraX-Image")
        }
    }

    val outputOptions = ImageCapture.OutputFileOptions
        .Builder(contentResolver,
            MediaStore.Images.Media.EXTERNAL_CONTENT_URI,
            contentValues)
        .build()

    // 拍照
    imageCapture.takePicture(
        outputOptions,
        ContextCompat.getMainExecutor(this),
        object : ImageCapture.OnImageSavedCallback {
            override fun onError(exc: ImageCaptureException) {
                Log.e(TAG, "Photo capture failed: ${exc.message}", exc)
                Toast.makeText(baseContext, "Photo capture failed: ${exc.message}", Toast.LENGTH_SHORT).show()
            }

            override fun onImageSaved(output: ImageCapture.OutputFileResults) {
                val msg = "Photo capture succeeded: ${output.savedUri}"
                Toast.makeText(baseContext, msg, Toast.LENGTH_SHORT).show()
                Log.d(TAG, msg)
            }
        }
    )
}

CameraX 常见坑或兼容性注意事项

尽管 CameraX 大大简化了相机开发，但在实际应用中，你仍可能遇到一些挑战和兼容性问题。了解这些“坑”能帮助你更好地规划和调试。

  1. 设备兼容性问题仍可能存在：
    尽管 CameraX 致力于提供一致的体验，但 Android 生态系统的碎片化意味着并非所有功能在所有设备上都能完美运行。某些设备的 Camera2 实现可能存在缺陷，导致 CameraX 遇到意外行为，例如：

    • 某些 CaptureMode（如 CAPTURE_MODE_MAXIMIZE_QUALITY）在特定设备上可能性能不佳或崩溃。
    • 闪光灯模式（Flash Mode）在某些老旧设备或非主流设备上可能无法正常工作。
    • 扩展功能 (Extensions)：如 HDR、夜景模式等，这些功能依赖于设备厂商的实现，并非所有设备都支持或效果一致。在使用前最好进行能力查询。

  2. 预览与拍照的旋转、裁剪问题：
    相机传感器通常是横向放置的，而手机可能在竖屏模式下使用。CameraX 会尝试处理预览和拍照的旋转，但有时可能会遇到以下情况：

    • 预览画面方向不正确：PreviewView 的 scaleType 和 Prieview.setTargetRotation() 需要正确设置，以确保预览画面方向与设备方向一致且填充合理。
    • 拍照图片方向不正确：捕获的图片可能会有不正确的 EXIF 旋转标记，需要手动在 ImageCapture.Builder 中设置 setTargetRotation()，或者在图片保存后处理旋转。
    • 裁剪区域偏差：如果你在预览中绘制了一个裁剪框，拍照后需要根据预览分辨率和图片分辨率的比例，精确计算出实际图片上的裁剪区域。

  3. 内存管理与性能：

    • ImageAnalysis 的帧率与内存消耗：如果 ImageAnalysis 的分析器处理逻辑复杂或处理的帧率过高，可能会导致内存快速增长甚至 OOM。确保在 ImageAnalysis 用例的回调中及时调用 image.close() 释放图像缓冲区。
    • 多用例同时绑定：同时绑定 Preview、ImageCapture 和 ImageAnalysis 可能会对性能造成压力，尤其是在低端设备上。确保只绑定你实际需要的用例。
    • 分辨率选择：通过 setTargetResolution() 或 setTargetAspectRatio() 设置用例的分辨率时，要考虑到设备的硬件能力和内存限制。过高的分辨率可能导致性能下降。

  4. 相机启动速度：
    在某些设备上，尤其是老旧或资源受限的设备，CameraX 绑定用例和启动预览可能需要几百毫秒甚至一秒以上。这可能导致短暂的黑屏。你可以在相机启动过程中显示一个加载指示器来改善用户体验。

  5. 设备权限和背景运行限制：

    • 确保已正确处理运行时权限请求。
    • 在 Android 10+（API 29+）中，后台访问相机有严格限制。你的应用在后台时无法直接访问相机。如果需要在后台进行相机相关操作，需要考虑使用前台服务和相应的权限。

  6. 与其他相机库或框架的冲突：
    如果你的项目同时使用了其他相机相关的库（如 ZXing 扫描库自带的相机处理），可能会与 CameraX 产生冲突，导致相机资源无法正常打开或释放。确保同一时间只有一个相机管理框架在运行。

  7. 录像用例 (VideoCapture) 的稳定性：
    视频录制相对于拍照和预览更为复杂，涉及到编码、音频同步等。在某些设备上，VideoCapture 可能会出现录制卡顿、音画不同步或录制文件损坏的问题。测试时要覆盖多款设备。

总结

CameraX 库为 Android 开发者提供了一个强大而易用的工具集，用于构建稳定、高性能的相机应用。它通过封装底层复杂的 Camera2 API，提供了一致的 API 接口和生命周期管理，极大地简化了开发流程。无论是简单的拍照应用还是复杂的图像分析工具，CameraX 都能助你一臂之力。如果你是 Android 相机开发新手，或者希望加速开发过程并提高应用兼容性，CameraX 绝对是你的首选。
如果使用 CameraX 的API开发系统相机，这是否合适呢，期待大家一起来讨论。


本文链接：Android 相机应用开发中 CameraX 的使用介绍 - https://h89.cn/archives/415.html

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标签: CameraX, Camera2, Androidx, PreviewView, ImageCapture

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