Android——簡易照相機
實驗名稱：Android多媒體應用-拍照
實驗目的：設計一個簡易照相機
實驗內容：利用Camera類設計一個簡易照相機，通過SurfaceView組件實現取景預覽，拍照保存等功能，拍照保存時按camera+序號.jpg的方式保存照片，序號自動增加，確保拍照保存不會覆蓋前面的照片。
實驗日期：2019年5月
目錄
一、實驗原理
該相機程序，需要應用surfaceview組件來預覽攝像頭拍攝到的景物，再使用回調接口surfaceholder.callback監控取景視圖。使用照片服務類Camera實現拍照功能，並通過imageview組件顯示。最後通過onPicturetaken方法，將拍攝的照片保存至手機。編寫getFile和checkFileName方法，用來對文件名進行處理，實現了實驗對於文件名的要求。
二、實驗過程記錄
2.1 佈局文件
爲實現基本的相機程序效果，使用最簡單的線性佈局，通過組建的嵌套生成需要的佈局。首先指定最外層的線性佈局對齊方式爲垂直佈局，之後再編寫textview組件顯示程序的標題，然後嵌套一層水平對齊方式的線性佈局，在其中加入兩個button組件用於防止“拍照”和“退出”按鈕。之後在第一層線性佈局中加入ImageView組件用於相片的顯示，最後加入surfaceView組件用於取景預覽。
2.2 控制文件
2.2.1 實例化對象
在MainActivity.java文件中修改文件，以實現對程序的控制。首先在公共類 “MainActivity” 擴展 “Activity” 之後，添加 “implements SurfaceHolder.Callback” ，實現Callback接口，以處理取景預覽功能。之後，如下圖所示實例化所需的對象，並聲明用於保存圖片文件的路徑。
在上圖2.1中，分別實例化了用於拍照功能的“Camera”對象“mCamera”、用於取景預覽的“SurfaceView”對象“surfaceView”、用於回調圖片參數的“SurfaceHolder”對象“holder”、用於顯示圖片的“ImageView”對象“mImageView”、用於拍照退出的按鈕對象“cameraBtn”和“exitBtn”，以及用於記錄圖片保存路徑的對象“path”。
2.2.2 重載構造函數
對構造函數進行修改，使其實現“關聯佈局文件和控制文件，註冊回調監聽器”的功能。如圖2.2所示：
首先，通過findViewById方法關聯圖1中的相關組件，併爲“cameraBtn”和“exitBtn”分別設置監聽事件，最後設置SurfaceHolder對象的相關內容。創建SurfaceHolder對象“holder”，註冊回調監聽器並設置SurfaceHolder的類型。
2.2.3 編寫mClick類
爲按鈕的監聽事件編寫mClick類，以實現拍照和退出功能。如圖2.3所示：
上圖中，構造了一個繼承於OnClickListener的mClick類。通過判斷點擊按鈕傳入的參數v，可以對拍照和退出進行區分，拍照使用takePicture方法，退出則調用exit()函數，對相機資源進行重置。
2.2.4 編寫jpegCallback類
在圖3編寫的mClick類中，takePicture方法用到了獲取照片事件的回調接口jpegCallback，現在需要對jpegCallback類進行編寫。如圖2.4所示：
在上圖中，編寫了繼承於Camera. PictureCallback的類“jpegCallback” ，通過重載onPictureTaken函數，實現了拍照、顯示圖片以及保存圖片的功能。
2.2.5重載surfaceCreated方法
創建相機對象之後，會默認調用三個構造函數，分別爲surfaceCreated、surfaceChanged和surfaceDestroyed，首先重載surfaceCreated函數，如圖2.5所示。
上圖中，首先釋放掉相機資源，然後開啓攝像頭。之後嘗試進行相機預覽，如果捕獲到預覽錯誤信息，則輸出報錯。其中的ReleaseCamera()函數用來重置相機，釋放相機資源。
2.2.6重載surfaceChanged方法
相機畫面發生變化時，將觸發surfaceChanged方法，如下圖2.6所示重載surfaceChanged方法。
重載的surfaceChanged方法會調用initCamera函數，重新設置預覽的畫面。重置包括預覽畫面的格式、大小、預覽框大小等信息。最後調用startPreview方法開始預覽。
2.2.7重載surfaceDestroyed方法
關閉相機時，會觸發surfaceDestroyed方法，如下圖2.7所示重載surfaceDestroyed方法。
可以看到，重載的surfaceDestroyed方法並沒有實現具體的功能。
2.3添加權限
由於程序中用到了SD卡讀寫和相機的調用，所以需要在程序文件中聲明需要申請的權限。包括SD卡讀取、寫入權限，以及相機調用權限。如下圖2.8所示，在AndroidManifest.xml文件中添加下列信息，以申請權限。
2.4安裝APK測試
由於AndroidStudio模擬器在電腦上經常卡頓，所以我決定使用安卓手機進行測試。首先將編譯好的項目打包成APK文件，然後將該APK文件發送至手機端安裝。安裝截圖如圖2.9所示，可以看到安裝時會提示該APP將獲取的手機權限。
點擊安裝即可完成APK文件的安裝。
三、實驗中存在的問題及解決方案
3.1 預覽傾斜問題及解決過程
安裝完成，運行該APP程序，點擊拍照按鈕，可以看到如圖3.1所示的手機界面。其中上面的小畫面是imageView組件顯示的拍完的照片，下面的大圖片是surfaceView組件顯示的相機預覽照片。
拍攝完成之後，推遲該APP，並在手機自帶的文件管理界面，找到test文件夾(如圖3.2)，這是剛剛圖片拍攝之後，程序生成的文件夾，用於保存圖片文件。在test文件夾下，可以看到剛剛生成的camera.jpg文件(如圖3.3所示) ，瀏覽該文件，可以查看之前拍攝的圖片(如圖3.4) 。
查看該圖片，發現拍攝出來的圖片，與正常視角相差了90°，而且在圖片拍攝和預覽過程中，圖片和正常視角都是不相符的，都旋轉了90°。
經過查閱資料發現，主要是由於相機傳感器像素座標信息，與手機顯示屏像素座標不相符導致的。圖3.5展示了兩像素座標的不同之處。
(圖片引用於：https://blog.csdn.net/xx326664162/article/details/53350551)
相機傳感器獲取得到圖像，就確定了這幅圖像每個座標的像素值，但是要顯示到手機屏幕上，就需要按照屏幕的座標系來顯示，於是就需要將相機傳感器的座標系逆時針旋轉90度，才能顯示到屏幕的座標系上。
在安卓程序中，提供了相關的setRotation()方法和setDisplayOrientation()方法。其中，setRotation()方法的作用是將相機傳感器獲取到的位圖座標旋轉一定的角度，而setDisplayOrientation()方法的作用是將預覽時的畫面旋轉一定的角度。通過調用這兩個方法，我們就可以實現圖片的正常拍攝和預覽了。如圖3.6所示，在原有程序的基礎上添加該方法， 再生成APK文件進行測試。
重新安裝APK文件，測試運行，運行結果如圖3.7所示。可以看到，預覽的圖片已經可以正常顯示了。然後再到test文件夾中查看camera.jpg文件(如圖3.8) ，同樣，拍攝的圖片也是可以正常顯示了。
3.2 文件命名問題及解決過程
目前的程序所能實現的功能，只能拍攝一張照片，如果拍攝多張照片，由於文件名相同，後面的文件就會將前面已存在的文件覆蓋掉，很不方便。本次實驗要求的是“拍照保存時按camera+序號.jpg的方式保存照片，序號自動增加”。
3.2.1問題分析
爲了實現這個功能，需要在每次文件保存使，都要考慮我們需要生成的文件名是什麼。如果企圖保存當前程序生成的圖片數量，在關閉APP之後，數據不易保存。所以我想的解決辦法是：每次生成的文件名都需要經歷兩次函數，第一個函數需要返回所需文件夾中的所有文件，第二個函數需要判斷指定的文件在該文件夾中是否存在，如果存在則返回一個我們需要的、正確的文件名。
3.2.2測試程序
① getFile()函數
爲了不破壞原有的安卓程序，我在Eclipse中進行相關函數的編寫和測試。首先編寫第一個函數getFile()，該函數需要輸入文件夾的路徑字符串，輸出該文件夾下的所有文件名。程序文件如圖3.9所示：
該程序，首先通過path參數獲取指定的文件對象，再通過listFiles()方法列出該文件夾下，所有的文件，包括文件夾、普通文件等等，並將其保存在array數組中。之後逐個判斷是否爲普通文件，將文件名保存在list中，最後返回list。
現在，將path指定爲桌面上的android文件夾，調用getFiles方法，查看程序輸出。
圖3.10是android文件夾下的文件信息，圖11是程序輸出的信息。
可以看到，除了臨時文件，普通文件均可以正常輸出。
② checkFileName方法
下面實現checkFileName函數，該方法的作用是：在文件名字符串中，判斷所需要的字符串是否存在，如果存在則返回原文件名；不存在則重新調用，利用index參數，實現文件名的遞增過程。最後返回一個正確的、合理的文件名。
checkFileName方法的實現過程是：首先將傳入的文件名參數根據“.”進行分割，分成“.”之前的字符串+起始索引數字index+“.”字符+“.”之後的字符串，然後判斷整個文件名是否包含於長文件名參數中，如果存在則再次調用該方法，同時起始索引數字加一；如果不存在，就直接返回上面連接好的文件名。
現在將checkFileName方法和getFile進行合併，通過main函數進行調用測試。首先在桌面的android目錄下新建一個mydir目錄，在mydir目錄下新建一個test.txt文件，然後運行java程序進行測試。
上圖3.12展示了當前的mydir目錄以及Java程序的運行結果。由於起始索引參數index設置的是0，而文件夾下只有一個test.txt文件，所以程序返回的結果“test.txt”是正確的。爲了測試的準確性，我在mydir目錄下又新建了一個test0.txt文件，如果程序功能正常，應該是會返回test1.txt。下面運行程序測試：
可以看到，程序運行結果正確。
3.2.3安卓測試
現在可以放心地將代碼移植到AndroidStudio程序中去了。在原有的onPictureTaken()方法的基礎上，增加紅色框中的內容，如圖3.14所示。其含義爲：通過getFile方法查找手機"/sdcard/test"目錄下的所有文件，將結果返回至list中。然後通過調用checkFileName方法，檢查list中是否有符合filename的文件名(filename已在之前定義)，checkFileName方法會返回合理的文件名，再通過字符串連接，將完整的路徑保存到path字符串中，作爲完整的文件名路徑。
爲了更清晰的顯示文件保存的路徑和文件名信息，我在佈局文件中增加了一個textview組件，在path生成之後，將path輸出到textview顯示，這樣就會對文件的路徑信息更加直觀。
最後，將getFile和checkFileName方法都移植到java文件中，就可以運行測試了。
同樣重新生成APK文件測試運行，進行多次拍攝，下面是我拍攝第8次時的界面截圖(圖3.15)。
因爲文件名起始索引爲0，所以第8次生成的文件名應該是camera7.jpg，可以從APP界面中看到文件的保存路徑。現在在test文件夾下，會有8張我剛剛拍攝的圖片，命名方式爲camera+i。圖3.16展示了test文件夾下的文件信息，文件的保存也是正常的。
3.3 預覽畫面卡頓問題及解決過程
之前的多次測試中，我發現該程序的一個bug：在每次點擊“拍照“按鈕之後，預覽畫面就會卡住(靜止且沒有響應)，而且如果此時再次點擊”拍照“或”退出“按鈕，程序就會意外退出。
經過查閱資料，我瞭解到，該問題是由以下原因造成的：
在執行拍照命令時，會調用camera.takePicture()方法，該方法在執行過程中會調用camera.stopPreview來獲取拍攝幀數據，從而進行數據回調。而調用camera.stopPreview方法，就會暫停相機的預覽，並表現爲預覽畫面卡住。如果此時用戶點擊了按鈕的話，也就會再次調用camera.takepicture方法，由於相機還沒有開始預覽，沒有進行相關進程的初始化，就會出現之前遇到的意外退出問題。
解決的方法也很簡單，既然camera.takePicture () 方法調用了camera.stopPreview來停止預覽，那麼只要在camera.takePicture()方法結束之後，手動調用一次camera.startPreview方法，來開啓相機預覽就可以了。
於是進行添加圖3.17紅框中的部分：
再次生成APK文件進行測試，圖3.18爲測試結果。
這是我拍攝第9張圖片之後的界面。上方的imageview組件顯示的是第9張的圖片，而下面的surfaceView顯示的是此時的預覽畫面。此時如果我連續拍攝，繼續點擊“拍照“按鈕，程序也不會因爲bug而意外退出了。實現了連續拍照的功能。
四、實驗結果
現在，程序已經實現了實驗所要求的功能，我將目前程序所能實現的效果錄製成GIF圖片並進行上傳，程序的效果如下所示：http://47.95.13.239/Study/Android/test.gif
五、源代碼
我已經將整理過的該項目的源代碼上傳到了GitHub：
https://github.com/ZHJ0125/AndroidSimpleCameraApp
5.1佈局文件
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
android:id="@+id/LinearLayout1"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:orientation="vertical">
<TextView
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="50dp"
android:layout_gravity="center_horizontal"
android:gravity="center_horizontal"
android:text="拍照測試"
android:textSize="20dp"
tools:context=".MainActivity"/>
<TextView
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:id="@+id/test"
android:textSize="15dp"/>
<LinearLayout
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_gravity="center_horizontal"
android:gravity="center_horizontal">
<Button
android:id="@+id/btn1"
android:layout_width="110dp"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="拍照"/>
<Button
android:id="@+id/btn2"
android:layout_width="110dp"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="退出"/>
</LinearLayout>
<ImageView
android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"
android:id="@+id/imageView1"
android:layout_gravity="center" />
<SurfaceView
android:id="@+id/surfaceView1"
android:layout_width="320dp"
android:layout_height="240dp"
android:layout_gravity="center_horizontal"/>
</LinearLayout>
5.2程序控制文件
package zhj.com.simplecamera;
import android.os.Bundle;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.graphics.PixelFormat;
import android.hardware.Camera;
import android.hardware.Camera.PictureCallback;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.view.SurfaceHolder;
import android.view.SurfaceView;
import android.widget.Button;
import android.widget.ImageView;
import android.app.Activity;
import android.widget.TextView;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.File;
import java.util.ArrayList;
public class MainActivity extends Activity implements SurfaceHolder.Callback{
Camera mCamera = null;
SurfaceView surfaceView;
SurfaceHolder holder;
ImageView mImageView;
Button cameraBtn, exitBtn;
TextView textView;
int i = 0;
String filename = "camera.jpg"; //圖片文件名
String path = ""; //圖片保存路徑
/**
* Override the onCreate
* function：重載構造函數，關聯佈局文件和控制文件，註冊回調監聽器
**/
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
//關聯ID
mImageView = (ImageView)findViewById(R.id.imageView1);
cameraBtn = (Button)findViewById(R.id.btn1);
exitBtn = (Button)findViewById(R.id.btn2);
cameraBtn.setOnClickListener(new mClick()); //設置監聽事件
exitBtn.setOnClickListener(new mClick());
surfaceView = (SurfaceView)findViewById(R.id.surfaceView1);
textView = (TextView)findViewById(R.id.test);
//System.out.println("begin to holder...");
holder = surfaceView.getHolder();
holder.addCallback(this);
holder.setType(SurfaceHolder.SURFACE_TYPE_PUSH_BUFFERS);
}
/**
* class：mClick
* function：設置按鍵監聽事件，對應拍照和退出按鈕
* */
class mClick implements OnClickListener{
@Override
public void onClick(View v) {
if (v == cameraBtn){
mCamera.takePicture(null, null, new jpegCallback()); //拍照
//surfaceCreated(holder); //調用構造函數
}
else if (v == exitBtn){
exit(); //退出程序
}
}
}
void exit(){
mCamera.release();
mCamera = null;
}
/**
* class：jpegCallback
* function：實現拍照和保存圖片功能
* */
public class jpegCallback implements PictureCallback{
@Override
public void onPictureTaken (byte[] data, Camera camera){
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeByteArray(data, 0, data.length);
ArrayList<String> list = getFile("/sdcard/test");
path = "/sdcard/test/" + checkFileName(list, filename, 0);
textView.setText("文件保存路徑：" + path);
try{
BufferedOutputStream outStream = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(path));
bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG, 80, outStream);
outStream.flush();
outStream.close();
mImageView.setImageBitmap(bitmap); //在ImageView顯示拍照的圖片
mCamera.startPreview();
}catch (Exception e){
Log.e("error", e.getMessage());
}
}
}
private static ArrayList<String> getFile(String path){ //檢測路徑下所有的文件,並返回文件名列表
File file = new File(path); // 獲得指定文件對象
File[] array = file.listFiles(); // 獲得該文件夾內的所有文件
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
for(int i=0;i<array.length;i++){
if(array[i].isFile()){ //如果是文件,將文件名保存在列表中
list.add(array[i].getName());
}
}
return list; //返回儲存文件名的列表
}
private static String checkFileName(ArrayList<String> names,String name,int index) { //檢測文件是否存在,並返回合理的文件名
if(names.contains(name.substring(0,name.indexOf("."))+index+name.substring(name.indexOf("."),name.length()))) {
//System.out.println(name.substring(0,name.indexOf("."))+index+name.substring(name.indexOf("."),name.length())+ "Hello");
//name.substring(0,name.indexOf(".")) --> 返回"."之前的字符串
//文件存在,再次調用checkFileName方法
name = checkFileName(names,name,index+1);
} else {
//文件不存在,返回合理的文件名
return name.substring(0,name.indexOf("."))+index+name.substring(name.indexOf("."),name.length());
}
return name;
}
/**
* Override the surfaceCreated
* function：創建相機時觸發，開啓相機預覽功能
* */
@Override
public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder){
if (mCamera != null){
ReleaseCamera(); //首先釋放相機資源
}
mCamera = Camera.open(); //開啓攝像頭
//System.out.println("\n\n\nCamera.open() is OK !!!\n\n\n");
//mCamera = android.hardware.Camera.open();
//mCamera = Camera.open(Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_BACK);
//System.out.println("Camera is OK!");
try{
mCamera.setPreviewDisplay(holder); //設置相機預覽
}catch (IOException e){
System.out.println("預覽錯誤");
}
}
private void ReleaseCamera() //重置相機
{
if(mCamera != null)
{
mCamera.release();
mCamera = null;
}
}
/**
* Override the surfaceChanged
* function：當畫面發生改變時觸發，重置相機參數
* */
@Override
public void surfaceChanged (SurfaceHolder holder, int format, int width, int height){
//System.out.println("Camera is going to ready...");
initCamera(); //重置相機參數
}
//設置相機參數
public void initCamera(){
//System.out.println("here1....");
Camera.Parameters parameters = mCamera.getParameters();
parameters.setPictureFormat(PixelFormat.JPEG); //照片格式
parameters.setPreviewSize(320, 240); //預覽規格大小
parameters.setPictureSize(320, 240); //圖片大小
parameters.setRotation(90); //設置照片數據旋轉90°
mCamera.setParameters(parameters);
mCamera.setDisplayOrientation(90); //設置瀏覽畫面水平轉90°
mCamera.startPreview(); //開始預覽
}
/**
* Override the surfaceDestroyed
* function：關閉相機時觸發，空
* */
@Override
public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder){ } //消滅相機時觸發
}
六、待解決問題和設想
6.1 待解決問題
①功能單一
該APP還有很多不完善的地方，功能非常單一，只能實現簡單的拍照功能。
②版本兼容問題
本次實驗中所有的APP測試均在安卓7.1.2版本的手機上進行，在新建工程時，我將最底支持版本選擇爲API 14和Android 4.0，但是在Android版本爲4.4.2的手機上測試時，依然會出現很多問題，導致程序異常結束。程序還未在更高Android版本的手機上測試過，尚不清楚將會有什麼bug。版本的兼容問題是亟待解決的關鍵問題之一。
③關於連拍功能
報告中已經說明了連續拍照的實現過程，到目前爲止，程序已經實現該過程：點擊“拍照“按鈕 拍攝照片 imageView顯示照片 surfaceView啓動預覽 循環拍攝。但在調試過程中我發現，如果點擊”拍攝“按鈕過快，可能導致相機預覽camera.startPreview還未開始，就點擊了”拍攝“按鈕，於是就會導致跟之前相同的問題，讓程序意外結束。這也是待解決的問題之一。
6.2 設想
①版本問題
現在版本問題是最嚴重的一個問題，因爲大家使用的Android手機，其Android版本必然不同，如果不能解決該問題，可能導致很多手機無法正常運行該程序，或者會出現很多bug。現在需要查閱一下Android版本的資料，並進行兼容性的改進。
②加功能
現在功能很單一，以後希望能加上攝像等功能，做到比安卓自帶的相機功能更加完善(笑)。
七、實驗總結
整個實驗項目進行的還算順利，一開始還有很多問題，最後基本上都通過查閱資料以及和同學的交流，解決了問題。
問題還算挺多的，主要是一些細節問題導致的，需要對整個工程的結構，以及各個函數的功能都理清楚，才能更好地解決問題。
調試也有很多技巧，最簡便的是使用輸出語句判斷程序的執行，還有就是通過註釋部分功能，判斷出問題的位置等等。
八、部分參考資料
- 關於androidcamera相機的方向的理解http://blog.sina.com.cn/s/blog_68f23d9f0102y2cc.html
- Java檢測文件名是否重複 https://blog.csdn.net/u014804332/article/details/80385217
- JAVA中方法的調用 https://www.imooc.com/article/13423
- 預覽卡住解決辦法思路引導
https://www.jianshu.com/p/586af3a2dc8d?utm_campaign=maleskine&utm_content=note&utm_medium=seo_notes&utm_source=recommendation - Android相機開發和遇到的坑 https://blog.csdn.net/xx326664162/article/details/53350551