一、引言

在Android应用开发中，摄像头功能是许多场景的核心需求，如实时滤镜、人脸识别、AR应用等。Android Camera2 API提供了比旧版Camera API更灵活、强大的控制能力，支持全屏预览、多摄像头切换、实时帧处理等高级功能。本文将深入探讨如何使用Camera2 API实现全屏预览，并实时获取预览帧进行图像处理，为开发者提供一套完整的解决方案。

二、环境准备与权限配置

1. 环境要求

• Android 5.0（API 21）及以上版本。
• 支持Camera2 API的设备（可通过CameraManager.getCameraCharacteristics()检查）。

2. 权限配置

在AndroidManifest.xml中添加摄像头和存储权限（如需保存处理后的图像）：

<uses-permission android:name="android.permission.CAMERA" />
<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" />

对于Android 6.0及以上版本，需在运行时动态请求权限。

三、Camera2全屏预览实现

1. 初始化CameraManager与CameraDevice

private CameraManager cameraManager;
private String cameraId;
// 初始化CameraManager
cameraManager = (CameraManager) getSystemService(Context.CAMERA_SERVICE);
// 选择后置摄像头（可根据需求调整）
for (String id : cameraManager.getCameraIdList()) {
    CameraCharacteristics characteristics = cameraManager.getCameraCharacteristics(id);
    Integer lensFacing = characteristics.get(CameraCharacteristics.LENS_FACING);
    if (lensFacing != null && lensFacing == CameraCharacteristics.LENS_FACING_BACK) {
        cameraId = id;
        break;
    }
}

2. 打开CameraDevice

private CameraDevice cameraDevice;
private CameraDevice.StateCallback stateCallback = new CameraDevice.StateCallback() {
    @Override
    public void onOpened(@NonNull CameraDevice camera) {
        cameraDevice = camera;
        createCaptureSession(); // 创建CaptureSession
    }
    @Override
    public void onDisconnected(@NonNull CameraDevice camera) {
        camera.close();
        cameraDevice = null;
    }
    @Override
    public void onError(@NonNull CameraDevice camera, int error) {
        camera.close();
        cameraDevice = null;
    }
};
// 打开摄像头
try {
    cameraManager.openCamera(cameraId, stateCallback, null);
} catch (CameraAccessException e) {
    e.printStackTrace();
}

3. 创建CaptureSession与SurfaceView

使用SurfaceView或TextureView实现全屏预览，这里以SurfaceView为例：

private SurfaceView surfaceView;
private Surface surface;
// 在布局文件中添加SurfaceView
// <SurfaceView android:id="@+id/surfaceView" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" />
surfaceView = findViewById(R.id.surfaceView);
surface = surfaceView.getHolder().getSurface();
// 创建CaptureSession
private void createCaptureSession() {
    try {
        List<Surface> outputSurfaces = new ArrayList<>();
        outputSurfaces.add(surface); // 添加预览Surface
        cameraDevice.createCaptureSession(outputSurfaces, new CameraCaptureSession.StateCallback() {
            @Override
            public void onConfigured(@NonNull CameraCaptureSession session) {
                startPreview(session); // 开始预览
            }
            @Override
            public void onConfigureFailed(@NonNull CameraCaptureSession session) {
                // 处理配置失败
            }
        }, null);
    } catch (CameraAccessException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

4. 开始预览

private void startPreview(CameraCaptureSession session) {
    try {
        CaptureRequest.Builder previewRequestBuilder = cameraDevice.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);
        previewRequestBuilder.addTarget(surface); // 设置预览Surface
        // 可选：设置自动对焦、曝光等参数
        previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE);
        previewRequestBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE, CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);
        CaptureRequest previewRequest = previewRequestBuilder.build();
        session.setRepeatingRequest(previewRequest, null, null); // 重复请求实现预览
    } catch (CameraAccessException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

四、实时获取预览帧进行图像处理

1. 添加ImageReader用于获取帧

private ImageReader imageReader;
private static final int IMAGE_WIDTH = 1280;
private static final int IMAGE_HEIGHT = 720;
// 初始化ImageReader
imageReader = ImageReader.newInstance(IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, ImageFormat.YUV_420_888, 2);
imageReader.setOnImageAvailableListener(new ImageReader.OnImageAvailableListener() {
    @Override
    public void onImageAvailable(ImageReader reader) {
        Image image = reader.acquireLatestImage();
        if (image != null) {
            // 处理图像帧
            processImage(image);
            image.close(); // 释放资源
        }
    }
}, null);
// 将ImageReader的Surface添加到CaptureSession
List<Surface> outputSurfaces = new ArrayList<>();
outputSurfaces.add(surface); // 预览Surface
outputSurfaces.add(imageReader.getSurface()); // 图像处理Surface

2. 图像处理示例（YUV转RGB）

private void processImage(Image image) {
    Image.Plane[] planes = image.getPlanes();
    ByteBuffer yBuffer = planes[0].getBuffer();
    ByteBuffer uBuffer = planes[1].getBuffer();
    ByteBuffer vBuffer = planes[2].getBuffer();
    int ySize = yBuffer.remaining();
    int uSize = uBuffer.remaining();
    int vSize = vBuffer.remaining();
    byte[] nv21 = new byte[ySize + uSize + vSize];
    yBuffer.get(nv21, 0, ySize);
    vBuffer.get(nv21, ySize, vSize);
    uBuffer.get(nv21, ySize + vSize, uSize);
    // YUV420转RGB（示例，实际需根据格式调整）
    // 可使用RenderScript、OpenCV或自定义算法实现转换
    // 这里简化为打印日志（实际应处理图像）
    Log.d("Camera2", "Received image frame: " + nv21.length + " bytes");
}

3. 优化建议

• 性能优化：使用ImageFormat.JPEG或ImageFormat.RGB_565减少数据量，或降低分辨率。
• 线程管理：在后台线程处理图像，避免阻塞UI线程。
• 内存管理：及时关闭Image对象，避免内存泄漏。
• 格式选择：根据需求选择YUV_420_888（通用）、JPEG（压缩）或RGB_565（简单处理）。

五、完整流程总结

1. 初始化：获取CameraManager，选择摄像头ID。
2. 打开摄像头：通过CameraManager.openCamera()打开设备。
3. 配置Surface：使用SurfaceView或TextureView显示预览，添加ImageReader的Surface用于获取帧。
4. 创建CaptureSession：将预览和图像处理Surface添加到会话。
5. 开始预览：发送重复请求实现全屏预览。
6. 实时处理：在ImageReader.OnImageAvailableListener中处理每一帧。

六、结语

通过Android Camera2 API实现全屏预览与实时帧处理，能够满足大多数高级摄像头应用的需求。开发者需注意权限管理、线程安全、内存优化等细节，以确保应用的稳定性和性能。本文提供的代码示例和优化建议，可作为实际开发的参考基础。