一篇文章带你了解Android 最新Camera框架
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发布时间：2025-01-22 09:41
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时间：2025-01-24 02:39
这篇文章主要从以下几个方面展开讲解：
1) Android 最新Camera 整体框架
Android最新Camera整体框架主要包括三个进程：应用层进程、camera server进程、HAL进程（provider进程）。进程之间的通信通过binder实现，其中应用层与camera server通信使用AIDL，camera server与HAL通信使用HIDL。
Android系统框架分级，大致分为应用层、framework层和HAL层。设备上的实际进程情况可以参照下图，可以看到存在cameraserver和provider进程。cameraservice负责应用层与framework层的通信，而provider进程则负责framework和HAL层之间的通信。
Android 8.0重新设计了Android操作系统框架，以“Treble”项目为依托，旨在让制造商能够以更低的成本更轻松、更快速地将设备更新到新版Android系统。自Android O之后，使用Treble架构以解决Android系统的碎片化问题和提高系统更新效率，减少了framework和HAL的耦合性，进而引出HIDL的概念。
HIDL，即HAL接口定义语言，用于指定HAL与其用户之间的接口，是一个接口描述语言。HIDL目标是使框架可以在无需重新构建HAL的情况下进行替换。HAL由供应商或SOC制造商构建，并放置在设备的“vendor”分区中，框架则在其自己的分区中通过OTA进行替换，无需重新编译HAL，这是Project Treble框架设计的目的。
下图展示了Android Camera的最新框架，对整体框架有大致了解。
2) Android Camera2 和HAL3 的基本了解
从Android 5.0开始，Google引入了全新的相机框架Camera2（android.hardware.camera2），并废弃了旧的相机框架Camera1（android.hardware.Camera）。
Camera1过于简单，无法满足更复杂的相机应用场景。为了给应用层提供更多相机控制权限，构建出更高质量的相机应用程序，Google推出了Camera2接口。
Camera2相比Camera1，有以下高级特性：
1) 在开启相机前检查相机信息，可检查闪光灯是否可用。
2) 在不开启预览的情况下拍照。
3) 一次拍摄多张不同格式和尺寸的图片。
4) 控制曝光时间，提高图像亮度。
5) 连拍功能，支持连续拍摄多张图片。
6) 灵活的3A（AF、AE、AWB）控制。
为了配合Camera2的使用，Android HAL层相机框架做了相应的改动，即HAL3。
在Camera2 API中涉及到的类包括Pipeline、Supported Hardware Level、Capture等，下面是各个类的使用解释：
1) Pipeline
Camera2的API模型被设计为Pipeline，顺序处理每一帧请求并返回结果给客户端。
下图展示了Pipeline的工作流程，通过一个简单的例子详细解释。
假设想要同时拍摄两张不同尺寸的图片，并且在拍摄过程中闪光灯必须亮起。整个拍摄流程如下：
1) 创建用于从Pipeline获取图片的CaptureRequest。2) 修改CaptureRequest的闪光灯配置，让闪光灯在拍照过程中亮起。3) 创建不同尺寸的Surface接收图片数据，并将它们添加到CaptureRequest中。4) 发送配置好的CaptureRequest到Pipeline等待返回拍照结果。
新的CaptureRequest会被放入Pending Request Queue队列等待执行，当In-Flight Capture Queue队列空闲时，从Pending Request Queue获取若干待处理的CaptureRequest，根据每个CaptureRequest的配置进行Capture操作。最后从不同尺寸的Surface获取图片数据并得到包含与拍照相关信息的CaptureResult。
2) Supported Hardware Level
相机功能的强弱与硬件相关，不同厂商对Camera2的支持程度不同，因此Camera2定义了重要概念“Supported Hardware Level”，用于根据功能的支持情况将不同设备的Camera2划分为多个级别，以便开发者大致了解当前设备上Camera2的使用情况。
截止到Android P为止，从低到高有四个级别：LEGACY、LIMITED、FULL和LEVEL_3。
3) Capture
相机的所有操作和参数配置最终服务于图像捕获，如对焦是为了使某个区域图像清晰，调节曝光补偿是为了调节亮度。因此，在Camera2中，所有相机操作和参数配置都被抽象为Capture（捕获）。Capture操作可能仅是为了让预览画面更清晰而进行对焦。
Capture根据执行方式分为单次模式、多次模式和重复模式，下面解释：
•单次模式：执行一次Capture操作，如设置闪光灯模式、对焦模式和拍照。多个一次性模式的Capture会按顺序执行。•多次模式：连续多次执行指定的Capture操作，不允许在拍摄期间插入其他Capture操作。•重复模式：不断重复执行指定的Capture操作，当有其他模式的Capture提交时会暂停，执行完毕后恢复。
下面的例子进一步说明三种模式的执行流程。
总结重要注意事项：
1) Capture操作按顺序串行执行，不存在并行执行。2) 重复模式的CaptureRequest和其他模式的参数存在差异，如不会配置AF_TRIGGER_START。3) 拍照时未配置预览Surface可能导致预览画面卡顿。
其他关键功能包括CameraManager（查询和建立相机连接）、CameraCharacteristics（提供相机信息）、CameraDevice（管理相机设备）、Surface（接收图像数据）和CameraCaptureSession（配置目标Surface的Pipeline实例）。
在代码实战中，以拍摄单张照片为例，使用ImageReader创建接收照片的Surface，通过CaptureRequest配置拍照参数并提交给相机，最后通过ImageReader回调获取JPEG图像数据进行保存。
