『OpenGL学习滤镜相机』- Day9: CameraX 基础集成

前言: 『OpenGL学习』 从零打造 Android 滤镜相机

上一篇:『OpenGL学习滤镜相机』- Day8: 多重纹理与混合

Github: OpenGLTest

📚 今日目标

• 理解 CameraX 架构和核心概念
• 掌握相机权限的申请和处理
• 学习 PreviewView 的使用
• 实现相机预览功能
• 了解生命周期绑定机制

运行效果：

🎯 学习内容

1. CameraX 简介

CameraX 是 Google 推出的 Jetpack 库，用于简化 Android 相机开发。

为什么使用 CameraX？

传统 Camera2 API	CameraX
代码复杂，API 繁琐	简单易用，代码量少
需要处理设备差异	自动处理兼容性问题
生命周期管理困难	自动绑定生命周期
预览、拍照、录像需要大量代码	几行代码即可实现

CameraX 的优势

• ✅ 简单易用：几行代码实现预览和拍照
• ✅ 兼容性好：自动处理不同设备的差异
• ✅ 生命周期感知：自动管理相机的打开和关闭
• ✅ 向后兼容：支持 Android 5.0+（API 21）
• ✅ 扩展支持：美颜、夜景、HDR 等厂商扩展

2. CameraX 架构

核心组件

CameraX 架构
├── Use Cases (用例)
│   ├── Preview (预览)
│   ├── ImageCapture (拍照)
│   ├── ImageAnalysis (图像分析)
│   └── VideoCapture (录像)
├── CameraSelector (相机选择器)
│   ├── LENS_FACING_BACK (后置)
│   └── LENS_FACING_FRONT (前置)
├── ProcessCameraProvider (相机提供者)
│   └── 管理相机的生命周期
└── PreviewView (预览视图)
    └── 显示相机预览画面

工作流程

1. 获取 ProcessCameraProvider
   ↓
2. 创建 Use Cases (Preview, ImageCapture 等)
   ↓
3. 选择相机 (CameraSelector)
   ↓
4. 绑定到生命周期 (bindToLifecycle)
   ↓
5. 显示预览 / 拍照 / 分析

3. 相机权限处理

3.1 在 AndroidManifest.xml 中声明权限

<!-- 相机权限（必需） -->
<uses-permission android:name="android.permission.CAMERA" />

<!-- 存储权限（拍照保存需要） -->
<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE"
    android:maxSdkVersion="28" />

<!-- 相机特性 -->
<uses-feature android:name="android.hardware.camera" />
<uses-feature android:name="android.hardware.camera.autofocus" />

3.2 运行时权限申请（Android 6.0+）

class Day09Activity : AppCompatActivity() {

    companion object {
        private const val REQUEST_CODE_PERMISSIONS = 10
        private val REQUIRED_PERMISSIONS = arrayOf(Manifest.permission.CAMERA)
    }

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        
        // 检查权限
        if (allPermissionsGranted()) {
            startCamera()
        } else {
            ActivityCompat.requestPermissions(
                this, REQUIRED_PERMISSIONS, REQUEST_CODE_PERMISSIONS
            )
        }
    }

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

    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, "权限被拒绝", Toast.LENGTH_SHORT).show()
                finish()
            }
        }
    }
}

4. 实现相机预览

4.1 布局文件

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout
    xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent">

    <!-- 相机预览视图 -->
    <androidx.camera.view.PreviewView
        android:id="@+id/preview_view"
        android:layout_width="0dp"
        android:layout_height="0dp"
        app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/control_panel"
        app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

    <!-- 控制面板 -->
    <LinearLayout
        android:id="@+id/control_panel"
        android:layout_width="0dp"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:background="#80000000"
        android:orientation="horizontal"
        android:padding="16dp"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent">

        <!-- 拍照按钮 -->
        <Button
            android:id="@+id/btn_capture"
            android:layout_width="0dp"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:layout_weight="1"
            android:text="拍照" />

        <!-- 切换相机按钮 -->
        <Button
            android:id="@+id/btn_switch_camera"
            android:layout_width="0dp"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:layout_marginStart="8dp"
            android:layout_weight="1"
            android:text="切换相机" />

    </LinearLayout>

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

4.2 启动相机

private fun startCamera() {
    // 获取 ProcessCameraProvider 的 Future
    val cameraProviderFuture = ProcessCameraProvider.getInstance(this)

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

        // 创建 Preview Use Case
        val preview = Preview.Builder()
            .build()
            .also {
                // 设置 Surface Provider
                it.setSurfaceProvider(previewView.surfaceProvider)
            }

        // 选择后置相机
        val cameraSelector = CameraSelector.DEFAULT_BACK_CAMERA

        try {
            // 解绑之前的 Use Cases
            cameraProvider.unbindAll()

            // 绑定 Use Cases 到生命周期
            cameraProvider.bindToLifecycle(
                this,      // LifecycleOwner
                cameraSelector,
                preview
            )

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

    }, ContextCompat.getMainExecutor(this))
}

5. CameraSelector 详解

5.1 选择前置/后置相机

// 后置相机
val backCameraSelector = CameraSelector.DEFAULT_BACK_CAMERA

// 前置相机
val frontCameraSelector = CameraSelector.DEFAULT_FRONT_CAMERA

// 自定义选择器
val customSelector = CameraSelector.Builder()
    .requireLensFacing(CameraSelector.LENS_FACING_BACK)
    .build()

5.2 切换相机

private var lensFacing = CameraSelector.LENS_FACING_BACK

private fun switchCamera() {
    // 切换前后摄像头
    lensFacing = if (lensFacing == CameraSelector.LENS_FACING_BACK) {
        CameraSelector.LENS_FACING_FRONT
    } else {
        CameraSelector.LENS_FACING_BACK
    }
    
    // 重新启动相机
    startCamera()
}

6. 拍照功能

6.1 创建 ImageCapture Use Case

// 创建 ImageCapture
imageCapture = ImageCapture.Builder()
    .setCaptureMode(ImageCapture.CAPTURE_MODE_MINIMIZE_LATENCY)
    .build()

// 绑定时同时绑定 Preview 和 ImageCapture
cameraProvider.bindToLifecycle(
    this,
    cameraSelector,
    preview,
    imageCapture  // 添加拍照功能
)

6.2 拍照并保存

private fun takePhoto() {
    val imageCapture = imageCapture ?: return

    // 创建保存文件
    val photoFile = File(
        getOutputDirectory(),
        SimpleDateFormat(FILENAME_FORMAT, Locale.US)
            .format(System.currentTimeMillis()) + ".jpg"
    )

    // 配置输出选项
    val outputOptions = ImageCapture.OutputFileOptions.Builder(photoFile).build()

    // 拍照
    imageCapture.takePicture(
        outputOptions,
        ContextCompat.getMainExecutor(this),
        object : ImageCapture.OnImageSavedCallback {
            override fun onError(exc: ImageCaptureException) {
                Log.e(TAG, "拍照失败: ${exc.message}", exc)
            }

            override fun onImageSaved(output: ImageCapture.OutputFileResults) {
                val msg = "拍照成功: ${photoFile.absolutePath}"
                Toast.makeText(baseContext, msg, Toast.LENGTH_SHORT).show()
                Log.d(TAG, msg)
            }
        }
    )
}

private fun getOutputDirectory(): File {
    val mediaDir = externalMediaDirs.firstOrNull()?.let {
        File(it, resources.getString(R.string.app_name)).apply { mkdirs() }
    }
    return if (mediaDir != null && mediaDir.exists())
        mediaDir else filesDir
}

7. PreviewView 配置

7.1 缩放模式

// 填充整个视图（可能裁剪）
previewView.scaleType = PreviewView.ScaleType.FILL_CENTER

// 适应视图大小（可能有黑边）
previewView.scaleType = PreviewView.ScaleType.FIT_CENTER

7.2 实现模式

// 使用 SurfaceView（性能更好）
previewView.implementationMode = PreviewView.ImplementationMode.PERFORMANCE

// 使用 TextureView（兼容性更好）
previewView.implementationMode = PreviewView.ImplementationMode.COMPATIBLE

8. 生命周期管理

CameraX 会自动管理相机的生命周期：

// CameraX 自动处理
override fun onResume() {
    super.onResume()
    // 相机自动恢复（如果已绑定）
}

override fun onPause() {
    super.onPause()
    // 相机自动暂停
}

override fun onDestroy() {
    super.onDestroy()
    // 相机自动释放
}

注意 ：使用 bindToLifecycle() 时，CameraX 会自动处理相机的打开、关闭和暂停。

9. 相机配置选项

9.1 分辨率配置

val preview = Preview.Builder()
    .setTargetResolution(Size(1280, 720))  // 设置目标分辨率
    .build()

9.2 宽高比配置

val preview = Preview.Builder()
    .setTargetAspectRatio(AspectRatio.RATIO_16_9)  // 16:9
    .build()

9.3 旋转配置

val preview = Preview.Builder()
    .setTargetRotation(Surface.ROTATION_0)  // 设置目标旋转角度
    .build()

10. 错误处理

10.1 常见错误

try {
    cameraProvider.bindToLifecycle(this, cameraSelector, preview)
} catch (exc: Exception) {
    when (exc) {
        is CameraInfoUnavailableException -> {
            Log.e(TAG, "相机信息不可用")
        }
        is IllegalArgumentException -> {
            Log.e(TAG, "Use Case 绑定参数错误")
        }
        else -> {
            Log.e(TAG, "Use Case 绑定失败", exc)
        }
    }
}

10.2 检查相机可用性

private fun hasCameraPermission(): Boolean {
    return ContextCompat.checkSelfPermission(
        this,
        Manifest.permission.CAMERA
    ) == PackageManager.PERMISSION_GRANTED
}

private fun hasCamera(): Boolean {
    return packageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_CAMERA_ANY)
}

💻 代码实践

今日任务

实现一个简单的相机预览应用：

1. 权限申请：请求相机权限
2. 相机预览：使用 PreviewView 显示实时画面
3. 拍照功能：点击按钮拍照并保存
4. 切换相机：前置/后置相机切换

实现效果

• 📷 实时相机预览
• 📸 拍照并保存到相册
• 🔄 前后摄像头切换
• ⚙️ 自动处理生命周期

核心代码结构

class Day09Activity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var previewView: PreviewView
    private var imageCapture: ImageCapture? = null
    private var lensFacing = CameraSelector.LENS_FACING_BACK

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_day09)

        previewView = findViewById(R.id.preview_view)

        // 检查权限
        if (allPermissionsGranted()) {
            startCamera()
        } else {
            requestPermissions()
        }

        // 拍照按钮
        findViewById<Button>(R.id.btn_capture).setOnClickListener {
            takePhoto()
        }

        // 切换相机按钮
        findViewById<Button>(R.id.btn_switch_camera).setOnClickListener {
            switchCamera()
        }
    }

    private fun startCamera() {
        // 实现相机启动逻辑
    }

    private fun takePhoto() {
        // 实现拍照逻辑
    }

    private fun switchCamera() {
        // 实现切换相机逻辑
    }
}

🧪 练习任务

基础任务

1. ✅ 实现相机权限申请
2. ✅ 实现相机预览功能
3. ✅ 实现拍照并保存到相册

进阶任务

1. 📊 显示拍照成功的缩略图
2. 🎨 添加拍照动画效果（闪光）
3. 📏 支持捏合缩放（Pinch to Zoom）
4. 🔦 添加闪光灯控制

挑战任务

1. 🎬 实现录像功能（VideoCapture）
2. 📐 添加网格线辅助构图
3. 💾 实现连拍功能
4. 🖼️ 支持不同宽高比切换（4:3, 16:9, 1:1）

📖 知识点总结

CameraX 核心概念

概念	说明
Use Case	相机的使用场景（预览、拍照、分析、录像）
CameraSelector	选择使用哪个相机（前置/后置）
ProcessCameraProvider	管理相机生命周期的提供者
PreviewView	显示相机预览的视图
LifecycleOwner	生命周期拥有者（通常是 Activity）

Use Cases 对比

Use Case	用途	典型场景
Preview	实时预览	相机取景
ImageCapture	拍照	拍摄照片
ImageAnalysis	图像分析	二维码扫描、人脸识别
VideoCapture	录像	录制视频

最佳实践

1. ✅ 使用 bindToLifecycle()：自动管理相机生命周期
2. ✅ 在主线程使用 CameraX API：避免线程问题
3. ✅ 复用 CameraProvider：不要频繁获取
4. ✅ 处理配置变更：屏幕旋转时正确更新
5. ✅ 及时解绑 Use Cases ：切换相机前调用 unbindAll()

🐛 常见问题

Q1: 相机预览画面是黑色的？

可能原因：

1. 权限未授予
2. PreviewView 未正确设置 SurfaceProvider
3. Use Case 未绑定到生命周期

解决方法：

// 1. 确认权限已授予
if (!allPermissionsGranted()) {
    requestPermissions()
    return
}

// 2. 正确设置 SurfaceProvider
preview.setSurfaceProvider(previewView.surfaceProvider)

// 3. 确保绑定到生命周期
cameraProvider.bindToLifecycle(this, cameraSelector, preview)

Q2: 应用崩溃，提示 "Camera is being used"？

原因：同一个相机被多次绑定。

解决方法：

// 绑定前先解绑所有 Use Cases
cameraProvider.unbindAll()
cameraProvider.bindToLifecycle(this, cameraSelector, preview)

Q3: 切换前后相机时闪烁？

原因：切换时没有正确处理。

解决方法：

private fun switchCamera() {
    lensFacing = if (lensFacing == CameraSelector.LENS_FACING_BACK) {
        CameraSelector.LENS_FACING_FRONT
    } else {
        CameraSelector.LENS_FACING_BACK
    }
    
    // 重新启动相机（会自动解绑旧的）
    startCamera()
}

Q4: 拍照的图片方向不对？

CameraX 会自动处理图片旋转，但如果遇到问题：

val imageCapture = ImageCapture.Builder()
    .setTargetRotation(previewView.display.rotation)  // 设置旋转角度
    .build()

🔗 参考资料

官方文档

• CameraX 官方文档
• CameraX 架构
• CameraX 最佳实践

示例代码

• CameraX 官方示例
• Google Codelabs - CameraX

相关资源

• Android 相机权限处理
• PreviewView API 文档

📝 今日总结

今天我们学习了 CameraX 的基础知识：

1. ✅ 理解了 CameraX 的架构和核心概念
2. ✅ 掌握了相机权限的申请和处理
3. ✅ 学会了使用 PreviewView 显示相机预览
4. ✅ 实现了拍照和保存功能
5. ✅ 了解了生命周期管理机制

关键要点：

• CameraX 简化了相机开发，自动处理兼容性问题
• Use Cases 是 CameraX 的核心，代表不同的使用场景
• bindToLifecycle() 会自动管理相机的生命周期
• PreviewView 提供了简单易用的预览功能

下一篇