Android Camera2 API实现高性能图像捕获技术

# 第一章：Android Camera2 API简介

## 1.1 Camera2 API的背景和作用
Camera2 API是Android 5.0（API Level 21）引入的相机框架，用于取代传统的Camera类，提供更强大的相机功能和更灵活的相机控制。Camera2 API的引入，使得开发者能够更好地控制手机摄像头，实现更多样化和专业化的相机应用。

## 1.2 Camera2 API与传统相机API的对比
传统的Camera类在使用过程中存在诸多限制，诸如无法同时进行多个配置、性能表现不佳等问题。而Camera2 API则解决了这些问题，引入了先进的相机控制特性，支持更多样化的相机应用，提高了相机的性能表现。

## 1.3 Camera2 API的核心特性和优势
Camera2 API的核心特性包括支持多种摄影技术（如HDR、连拍等）、更精细的手动控制功能、支持更多格式的图像数据输出等。这些特性使得开发者可以更加灵活地定制相机应用，实现更多样化和专业化的拍摄效果。 Camera2 API也提供了更丰富的相机信息和状态回调，帮助开发者更好地监控和调整相机的状态。
## 第二章：Camera2 API基本原理

### 2.1 Camera2 API的架构和工作流程
Camera2 API是Android 5.0引入的新相机框架，它的架构主要包括三个核心组件：CameraManager，CameraDevice，CameraCaptureSession。CameraManager负责管理设备上的所有相机，通过CameraManager.openCamera()方法可以打开指定的相机设备；CameraDevice代表一个物理相机设备，它负责控制相机的基本操作，比如启动预览、拍摄照片等；CameraCaptureSession是用于向相机设备发送获取图像和预览的请求，对相机进行配置和控制。

### 2.2 Camera2 API的关键类和接口
在Camera2 API中，最重要的类和接口包括：CameraManager，CameraCharacteristics，CameraDevice，CameraCaptureSession，CaptureRequest，CaptureResult等。其中CameraManager用于获取相机设备的列表和打开指定相机设备；CameraCharacteristics用于查询相机设备的属性信息，比如支持的功能，传感器的像素数组大小等；CameraDevice代表一个具体的相机设备，负责控制相机的基本操作；CameraCaptureSession用于管理预览请求和拍照请求；CaptureRequest用于描述获取图像的请求，包括预览请求和拍照请求；CaptureResult包含了相机设备处理的请求的结果信息。

### 2.3 Camera2 API的图像捕获流程解析
在Camera2 API中，图像捕获的流程可以分为以下几个步骤：首先，通过CameraManager打开指定的相机设备；然后，获取当前相机设备的CameraCharacteristics，以获得相机设备的属性信息；接着，创建一个CameraCaptureSession，并设置预览和拍照的Surface；之后，构建CaptureRequest请求，启动预览；最后，在拍照时，构建拍照请求CaptureRequest，通过CameraCaptureSession发送拍照请求，获取拍摄的图像数据。

### 3. 第三章：Camera2 API的基本功能实现

相机是移动设备中常用的硬件，Camera2 API为开发者提供了更加灵活和强大的相机操作能力。本章将详细介绍Camera2 API的基本功能实现，包括相机预览功能的实现、图像捕获功能的实现以及相机参数设置与调整。

#### 3.1 相机预览功能的实现

相机预览是相机应用中常见的功能，用户可以通过预览界面实时查看相机捕获的画面。下面是基于Camera2 API实现相机预览功能的示例代码：

// 创建预览会话
private void createCameraPreviewSession() {
    try {
        SurfaceTexture texture = mTextureView.getSurfaceTexture();
        assert texture != null;

        // 设置预览尺寸
        texture.setDefaultBufferSize(mPreviewSize.getWidth(), mPreviewSize.getHeight());

        Surface surface = new Surface(texture);

        // 创建预览请求
        mPreviewRequestBuilder = mCameraDevice.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);
        mPreviewRequestBuilder.addTarget(surface);

        // 创建预览会话
        mCameraDevice.createCaptureSession(Arrays.asList(surface), new CameraCaptureSession.StateCallback() {

            @Override
            public void onConfigured(@NonNull CameraCaptureSession cameraCaptureSession) {
                // 相机已经关闭
                if (mCameraDevice == null) {
                    return;
                }

                // 当摄像头已经准备好时，开始显示预览
                mCaptureSession = cameraCaptureSession;
                try {
                    // 自动对焦
                    mPreviewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE);
                    // 闪光灯
                    mPreviewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);

                    // 开始预览
                    mPreviewRequest = mPreviewRequestBuilder.build();
                    mCaptureSession.setRepeatingRequest(mPreviewRequest, null, mBackgroundHandler);
                } catch (CameraAccessException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            @Override
            public void onConfigureFailed(@NonNull CameraCaptureSession cameraCaptureSession) {
                // 配置失败
            }
        }, null);
    } catch (CameraAccessException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

代码总结：以上代码展示了通过Camera2 API创建相机预览会话的过程，包括设置预览尺寸、创建预览请求、设置预览参数等步骤。

结果说明：通过以上代码，我们可以实现基于Camera2 API的相机预览功能，用户可以在应用中实时查看相机捕获的画面。

#### 3.2 图像捕获功能的实现

除了预览功能，相机应用通常还需要实现图像捕获功能，用于拍摄照片或录制视频。下面是通过Camera2 API实现图像捕获功能的示例代码：

// 拍照
private void takePicture() {
    if (null == mCameraDevice) {
        return;
    }
    CameraManager manager = (CameraManager) getSystemService(Context.CAMERA_SERVICE);
    try {
        CameraCharacteristics characteristics = manager.getCameraCharacteristics(mCameraDevice.getId());
        Size[] jpegSizes = null;
        if (characteristics != null) {
            jpegSizes = characteristics.get(CameraCharacte