Android NDK相机开发：NdkCamera高级应用

原创 于 2025-06-04 09:03:12 发布 · 343 阅读 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

Android NDK相机开发：NdkCamera高级应用

【免费下载链接】ndk-samples 【免费下载链接】ndk-samples 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ndks/ndk-samples

本文深入探讨Android NDK相机开发的高级应用技术，重点介绍Camera2 API模型与NDK的集成方案、TextureView预览实现、AImageReader图像捕获处理以及曝光度和灵敏度的底层控制机制。通过详细的代码示例和架构分析，帮助开发者掌握NDK层面相机开发的核心技术，实现高性能的相机应用开发。

Camera2 API模型与NDK集成方案

在Android NDK相机开发中，Camera2 API模型与NDK的集成是实现高性能相机应用的关键技术方案。通过NDK Camera API，开发者可以直接访问底层相机硬件，实现更精细的控制和更高的性能表现。

Camera2 API核心架构模型

Camera2 API采用基于管道的模型设计，将相机操作抽象为一系列请求和响应的过程。其核心架构可以通过以下流程图展示：

mermaid

NDK Camera API核心组件

NDK Camera API提供了一组C语言接口，与Java层的Camera2 API相对应。主要组件包括：

组件类型NDK API功能描述
管理器ACameraManager相机系统管理，设备枚举
设备ACameraDevice相机设备操作和控制
会话ACameraCaptureSession捕获会话管理
请求ACaptureRequest捕获请求配置
元数据ACameraMetadata相机特性和状态信息

集成实现方案

1. 相机管理器初始化

首先需要创建相机管理器并枚举可用设备：

#include <camera/NdkCameraManager.h>

// 创建相机管理器
cameraMgr_ = ACameraManager_create();
ASSERT(cameraMgr_, "Failed to create cameraManager");

// 枚举相机设备
ACameraIdList* cameraIds = nullptr;
camera_status_t status = ACameraManager_getCameraIdList(cameraMgr_, &cameraIds);
2. 设备特性获取与分析

获取相机设备的详细特性信息：

ACameraMetadata* metadataObj;
CALL_MGR(getCameraCharacteristics(cameraMgr_, cameraId, &metadataObj));

// 获取曝光时间范围
ACameraMetadata_const_entry exposureEntry;
status = ACameraMetadata_getConstEntry(
    metadataObj, ACAMERA_SENSOR_INFO_EXPOSURE_TIME_RANGE, &exposureEntry);

// 获取感光度范围
ACameraMetadata_const_entry sensitivityEntry;
status = ACameraMetadata_getConstEntry(
    metadataObj, ACAMERA_SENSOR_INFO_SENSITIVITY_RANGE, &sensitivityEntry);
3. 捕获会话配置

创建捕获会话并配置输出目标：

// 创建输出容器
CALL_CONTAINER(create(&outputContainer_));

// 为每个输出创建会话输出
for (auto& req : requests_) {
    if (!req.outputNativeWindow_) continue;
    
    ANativeWindow_acquire(req.outputNativeWindow_);
    CALL_OUTPUT(create(req.outputNativeWindow_, &req.sessionOutput_));
    CALL_CONTAINER(add(outputContainer_, req.sessionOutput_));
    
    // 创建输出目标
    CALL_TARGET(create(req.outputNativeWindow_, &req.target_));
    
    // 创建捕获请求
    CALL_DEV(createCaptureRequest(cameraDevice, req.template_, &req.request_));
    CALL_REQUEST(addTarget(req.request_, req.target_));
}

// 创建捕获会话
CALL_DEV(createCaptureSession(cameraDevice, outputContainer_, 
                             sessionListener, &captureSession_));
4. 手动控制参数设置

实现手动曝光和感光度控制：

// 关闭自动曝光模式
uint8_t aeModeOff = ACAMERA_CONTROL_AE_MODE_OFF;
CALL_REQUEST(setEntry_u8(previewRequest, ACAMERA_CONTROL_AE_MODE, 1, &aeModeOff));

// 设置感光度
CALL_REQUEST(setEntry_i32(previewRequest, ACAMERA_SENSOR_SENSITIVITY, 1, &sensitivity_));

// 设置曝光时间
CALL_REQUEST(setEntry_i64(previewRequest, ACAMERA_SENSOR_EXPOSURE_TIME, 1, &exposureTime_));

回调机制与状态管理

NDK Camera API使用回调机制处理各种状态变化：

// 设备状态回调
static ACameraDevice_stateCallbacks cameraDeviceListener = {
    .context = this,
    .onDisconnected = OnDeviceStateChanges,
    .onError = OnDeviceErrorChanges,
};

// 会话状态回调  
static ACameraCaptureSession_stateCallbacks sessionListener = {
    .context = this,
    .onActive = OnSessionActive,
    .onReady = OnSessionReady,
    .onClosed = OnSessionClosed,
};

性能优化策略

内存管理优化
// 使用ANativeWindow进行高效的图像缓冲管理
ANativeWindow* previewWindow = ...;
ANativeWindow_setBuffersGeometry(previewWindow, width, height, format);

// 及时释放资源
void CleanupResources() {
    for (auto& req : requests_) {
        if (req.request_) {
            ACaptureRequest_free(req.request_);
            req.request_ = nullptr;
        }
        if (req.target_) {
            ACameraOutputTarget_free(req.target_);
            req.target_ = nullptr;
        }
    }
    if (cameraMgr_) {
        ACameraManager_delete(cameraMgr_);
        cameraMgr_ = nullptr;
    }
}
错误处理机制

建立完善的错误处理体系：

const char* GetErrorStr(camera_status_t err) {
    switch (err) {
        case ACAMERA_OK: return "ACAMERA_OK";
        case ACAMERA_ERROR_BASE: return "ACAMERA_ERROR_BASE";
        case ACAMERA_ERROR_UNKNOWN: return "ACAMERA_ERROR_UNKNOWN";
        case ACAMERA_ERROR_INVALID_PARAMETER: return "ACAMERA_ERROR_INVALID_PARAMETER";
        case ACAMERA_ERROR_CAMERA_DISCONNECTED: return "ACAMERA_ERROR_CAMERA_DISCONNECTED";
        case ACAMERA_ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY: return "ACAMERA_ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY";
        case ACAMERA_ERROR_METADATA_NOT_FOUND: return "ACAMERA_ERROR_METADATA_NOT_FOUND";
        case ACAMERA_ERROR_CAMERA_DEVICE: return "ACAMERA_ERROR_CAMERA_DEVICE";
        case ACAMERA_ERROR_CAMERA_SERVICE: return "ACAMERA_ERROR_CAMERA_SERVICE";
        case ACAMERA_ERROR_SESSION_CLOSED: return "ACAMERA_ERROR_SESSION_CLOSED";
        case ACAMERA_ERROR_INVALID_OPERATION: return "ACAMERA_ERROR_INVALID_OPERATION";
        case ACAMERA_ERROR_STREAM_CONFIGURE_FAIL: return "ACAMERA_ERROR_STREAM_CONFIGURE_FAIL";
        case ACAMERA_ERROR_CAMERA_IN_USE: return "ACAMERA_ERROR_CAMERA_IN_USE";
        case ACAMERA_ERROR_MAX_CAMERA_IN_USE: return "ACAMERA_ERROR_MAX_CAMERA_IN_USE";
        case ACAMERA_ERROR_CAMERA_DISABLED: return "ACAMERA_ERROR_CAMERA_DISABLED";
        case ACAMERA_ERROR_PERMISSION_DENIED: return "ACAMERA_ERROR_PERMISSION_DENIED";
        default: return "Unknown error code";
    }
}

最佳实践建议

  1. 资源管理：确保及时释放所有NDK Camera对象，避免内存泄漏
  2. 异常处理：为所有Camera API调用添加适当的错误检查和处理
  3. 性能监控：实时监控帧率和资源使用情况，优化处理流程
  4. 兼容性考虑：处理不同设备和Android版本的特性差异
  5. 线程安全：确保在多线程环境下的正确同步和资源访问

通过这种集成方案，开发者可以在NDK层面充分利用Camera2 API的强大功能，实现高性能的相机应用开发。这种方案特别适合需要精细控制相机参数、实现实时图像处理或需要最高性能的应用场景。

TextureView预览相机图像实现

在Android NDK相机开发中，TextureView提供了一种高效的方式来预览相机图像。相比于SurfaceView，TextureView具有更好的灵活性和兼容性，能够支持动画、变换等高级特性。本节将深入探讨如何使用TextureView实现NDK相机的图像预览功能。

TextureView与SurfaceTexture的协同工作

TextureView通过SurfaceTexture与NDK相机进行交互，整个数据流过程如下：

mermaid

核心实现代码分析

Java层TextureView配置

首先需要在Activity中设置TextureView并实现SurfaceTextureListener接口：

public class ViewActivity extends Activity 
        implements TextureView.SurfaceTextureListener {
    
    private TextureView textureView_;
    private Surface surface_ = null;
    
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        createTextureView();
    }
    
    private void createTextureView() {
        textureView_ = (TextureView) findViewById(R.id.texturePreview);
        textureView_.setSurfaceTextureListener(this);
        if (textureView_.isAvailable()) {
            onSurfaceTextureAvailable(textureView_.getSurfaceTexture(),
                    textureView_.getWidth(), textureView_.getHeight());
        }
    }
    
    public void onSurfaceTextureAvailable(SurfaceTexture surface, int width, int height) {
        createNativeCamera();
        resizeTextureView(width, height);
        surface.setDefaultBufferSize(cameraPreviewSize_.getWidth(),
                cameraPreviewSize_.getHeight());
        surface_ = new Surface(surface);
        onPreviewSurfaceCreated(ndkCamera_, surface_);
    }
}
视图尺寸适配与变换

为了正确处理不同屏幕方向和相机分辨率的适配，需要实现视图尺寸调整和变换矩阵配置：

private void resizeTextureView(int textureWidth, int textureHeight) {
    int rotation = getWindowManager().getDefaultDisplay().getRotation();
    int newWidth = textureWidth;
    int newHeight = textureWidth * cameraPreviewSize_.getWidth() / cameraPreviewSize_.getHeight();

    if (Surface.ROTATION_90 == rotation || Surface.ROTATION_270 == rotation) {
        newHeight = (textureWidth * cameraPreviewSize_.getHeight()) / cameraPreviewSize_.getWidth();
    }
    
    textureView_.setLayoutParams(
            new FrameLayout.LayoutParams(newWidth, newHeight, Gravity.CENTER));
    configureTransform(newWidth, newHeight);
}

void configureTransform(int width, int height) {
    int mDisplayOrientation = getWindowManager().getDefaultDisplay().getRotation() * 90;
    Matrix matrix = new Matrix();
    
    if (mDisplayOrientation % 180 == 90) {
        // 处理横屏情况下的旋转变换
        matrix.setPolyToPoly(
                new float[]{0.f, 0.f, width, 0.f, 0.f, height, width, height}, 0,
                mDisplayOrientation == 90 ?
                new float[]{0.f, height, 0.f, 0.f, width, height, width, 0.f} :
                new float[]{width, 0.f, width, height, 0.f, 0.f, 0.f, height}, 0, 4);
    } else if (mDisplayOrientation == 180) {
        matrix.postRotate(180, width / 2, height / 2);
    }
    textureView_.setTransform(matrix);
}
Native层相机接口

Java层通过JNI调用Native层的相机功能：

private native long createCamera(int width, int height);
private native Size getMinimumCompatiblePreviewSize(long ndkCamera);
private native void onPreviewSurfaceCreated(long ndkCamera, Surface surface);
private native void onPreviewSurfaceDestroyed(long ndkCamera, Surface surface);
private native void deleteCamera(long ndkCamera, Surface surface);

static {
    System.loadLibrary("camera_textureview");
}

NDK相机引擎实现

在Native层，CameraAppEngine类负责管理相机会话和预览：

class CameraAppEngine {
public:
    explicit CameraAppEngine(JNIEnv* env, jobject instance, jint w, jint h);
    ~CameraAppEngine();

    void CreateCameraSession(jobject surface);
    void StartPreview(bool start);
    const ImageFormat& GetCompatibleCameraRes() const;
    
private:
    JNIEnv* env_;
    jobject javaInstance_;
    int32_t requestWidth_;
    int32_t requestHeight_;
    jobject surface_;
    NDKCamera* camera_;
    ImageFormat compatibleCameraRes_;
};

权限处理与生命周期管理

完整的TextureView预览实现还需要正确处理相机权限和生命周期：

private static final int PERMISSION_REQUEST_CODE_CAMERA = 1;

public void RequestCamera() {
    if (ActivityCompat.checkSelfPermission(this, Manifest.permission.CAMERA) !=
            PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
        ActivityCompat.requestPermissions(
                this,
                new String[]{Manifest.permission.CAMERA},
                PERMISSION_REQUEST_CODE_CAMERA);
        return;
    }
    createTextureView();
}

@Override
public void onRequestPermissionsResult(int requestCode,
                                       @NonNull String[] permissions,
                                       @NonNull int[] grantResults) {
    if (PERMISSION_REQUEST_CODE_CAMERA != requestCode) {
        super.onRequestPermissionsResult(requestCode, permissions, grantResults);
        return;
    }

    if (grantResults.length == 1 &&
        grantResults[0] == PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
        createTextureView();
    }
}

public bool onSurfaceTextureDestroyed(SurfaceTexture surface) {
    onPreviewSurfaceDestroyed(ndkCamera_, surface_);
    deleteCamera(ndkCamera_, surface_);
    ndkCamera_ = 0;
    surface_ = null;
    return true;
}

性能优化建议

为了实现流畅的相机预览体验，建议采用以下优化策略：

优化方面实现方法效果
缓冲区管理使用三重缓冲机制减少画面撕裂和延迟
分辨率适配选择最接近视图尺寸的预览分辨率减少缩放开销
线程优化分离UI线程和相机数据处理线程避免UI卡顿
内存管理及时释放Native资源防止内存泄漏

常见问题与解决方案

在实际开发过程中可能会遇到以下典型问题：

  1. 画面拉伸变形：通过正确的宽高比计算和矩阵变换解决
  2. 方向不正确：根据设备旋转角度动态调整变换矩阵
  3. 性能问题：选择合适的预览分辨率并优化Native代码
  4. 权限处理：完善的权限请求和结果处理机制

TextureView预览方案为Android NDK相机开发提供了强大的灵活性和性能表现，通过合理的架构设计和优化，可以实现高质量的相机预览体验。

AReadImage与JPEG照片拍摄技术

在Android NDK相机开发中，AImageReader是实现高效图像捕获和处理的核心组件。它提供了直接访问相机图像数据的底层接口，特别适用于需要高性能图像处理的场景。本节将深入探讨AImageReader的工作原理、JPEG照片拍摄的实现机制以及相关的优化技巧。

AImageReader架构与核心功能

AImageReader是Android NDK相机API的重要组成部分，它作为一个中间缓冲区管理器，负责接收来自相机的图像帧并提供给应用程序处理。其核心架构如下：

mermaid

AImageReader初始化与配置

创建AImageReader实例需要指定图像格式、分辨率和缓冲区数量：

// 创建JPEG格式的AImageReader
ImageReader::ImageReader(ImageFormat *res, enum AIMAGE_FORMATS format)
    : presentRotation_(0), reader_(nullptr) {
    
    media_status_t status = AImageReader_new(
        res->width, 
        res->height, 
        format, 
        MAX_BUF_COUNT,  // 最大缓冲区数量
        &reader_
    );
    
    // 设置图像可用回调
    AImageReader_ImageListener listener{
        .context = this,
        .onImageAvailable = OnImageCallback,
    };
    AImageReader_setImageListener(reader_, &listener);
}
图像格式支持

AImageReader支持多种图像格式，每种格式适用于不同的应用场景：

格式常量描述应用场景
AIMAGE_FORMAT_YUV_420_888YUV420格式实时预览、视频处理
AIMAGE_FORMAT_JPEGJPEG压缩格式静态照片拍摄
AIMAGE_FORMAT_RAW16RAW格式专业摄影后期处理
AIMAGE_FORMAT_RGBA_8888RGBA格式图形渲染

JPEG照片拍摄实现机制

捕获会话配置

在NDK相机开发中，JPEG照片拍摄需要配置专门的捕获会话：

// 配置JPEG捕获请求
void NDKCamera::CreateCaptureSession(ANativeWindow* previewWindow,
                                     ANativeWindow* jpgWindow) {
    // 创建JPEG输出目标
    ACaptureSessionOutput_create(jpgWindow, &jpgOutput_);
    ACaptureSessionOutputContainer_add(container_, j

【免费下载链接】ndk-samples 【免费下载链接】ndk-samples 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ndks/ndk-samples

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考

实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值