CN109976836A - 一种获取安卓终端摄像头数据的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种获取安卓终端摄像头数据的方法及系统，所述方法包括如下步骤：步骤S1，进行native函数的声明，所述native函数为调取摄像头数据的功能函数；步骤S2，加载实现了所述native函数的动态库；步骤S3，获取对摄像头的操作权限；步骤S4，在需要之处调用该native函数；步骤S5，生成本地cpp文件，实现底层获取摄像头数据并进行相应业务逻辑处理的native函数，本发明对安卓手机摄像头的图像数据实时处理更为高效，且可实现跨平台。

Description

一种获取安卓终端摄像头数据的方法及系统
技术领域
本发明涉及摄像头图像数据获取技术领域，特别是涉及一种基于安卓(Android)系统的底层获取安卓(Android)终端摄像头数据的方法及系统。
背景技术
Android操作系统是一种以Linux为基础的操作系统，主要使用于便携设备。Android系统中上层应用的开发一般基于Java完成。Java是平台无关的，因此有些底层的任务用Java实现起来并不容易，例如，当涉及本地服务、链接库或硬件驱动等方面的任务时，通常需要运行C来实现，而C程序运行在native(本地方法)层。Java层和native层之间可通过一种JNI(Java Native Interface；Java，native接口)的机制相互调用。Android系统中，更多的功能是以Java层API的形式提供的，native层也经常需要调用这些Java层的API以实现相应的功能。
随着多媒体通信的发展以及人工智能领域在人脸、表情、手势识别等方面的深度研究，在安卓设备上涌现了很多落地的产品如：美颜、人脸解锁、体感游戏等，而在这些产品的工程开发当中，如何获取安卓设备相机采集到的数据并实时高效的进行处理，则成为一个很关键的问题。
目前在Android平台进行相机数据采集传送处理等程序设计，用到的是Camera2API(Android 5.0之后android.hardware.Camera已被废弃，取而代之的是全新的android.hardware.Camera2)，它采用一种类似服务申请的方式来调用摄像头。通过CameraManager来管理摄像服务，通过建立CameraCaptureSession来建立一个调用摄像设备CameraDevices的会话，引用了管道的概念，将安卓设备和摄像头之间联通起来，如图1所示，安卓系统(安卓设备)向摄像头发送Capture请求，而摄像头会返回CameraMetadata，获取图片数据是在CameraCaptureSession会话创建时引入一个ImagerReader类作为参数，在ImageReader中对图片获取进行监听并进行数据处理，如图2所示。
上述方法实质上调用的是Android应用层的API，在此处是通过编写java代码获取摄像头采集的图片数据，而对于上述提到的诸多对于图片数据的处理(如人脸识别、人体识别、美颜、3d建模等)都是将算法封装编译成了性能更为优秀的C++库，采用这些库来进行数据处理，而这其中，提到的Java层获取到的图片数据则需要用到jni(Java NativeInterface，Java native接口)调用，然后将数据传输至native层(C/C++)，才能经过算法库的处理而得到想要的结果再进而进行结果的返回，如图3所示。
现有的方法存在的问题是：由于Java层获取到的摄像头图像数据，还需要再通过Jni调用传输到natice层来进行C/C++代码的调取处理，因此在实时性和交互性上都存在一定延时，程序处理结果反应速度慢，这样在诸如人脸解锁、体感游戏等都会影响体验。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种获取安卓终端摄像头数据的方法及系统，其通过在native层进行安卓手机摄像头的调用，直接获取图像数据进行处理而无需经过jni的调用将数据从java应用层传输下来，使得安卓手机摄像头的图像数据实时处理更为高效，且可实现跨平台。
为达上述目的，本发明提出一种获取安卓终端摄像头数据的方法，包括如下步骤：
步骤S1，进行native函数的声明，所述native函数为调取摄像头数据的功能函数；
步骤S2，加载实现了所述native函数的动态库；
步骤S3，获取对摄像头的操作权限；
步骤S4，在需要之处调用该native函数；
步骤S5，生成本地cpp文件，实现底层获取摄像头数据并进行相应业务逻辑处理的native函数。
优选地，于步骤S1中，在java应用层代码进行所述native函数的声明。
优选地，步骤S3进一步包括：
检查是否已获得对该摄像头操作的权限；
若权限已授予，则进入步骤S4；
若权限尚未授予，则请求授予权限，若权限同意授予，则进入步骤S4，否则结束流程。
优选地，于步骤S4中，在应用层java代码中需要的地方进行所述native函数的调用。
优选地，于步骤S4中，在SurfaceView的创建完成中进行所述native函数startPreview(Surface surface)的调用，在布局渲染完成时，通过调用所述native函数打开摄像头，获取图像数据并进行实时保存；在SurfaceView的销毁中进行所述native函数stopPreview()的调用，在程序销毁时，摄像头资源得到释放。
优选地，步骤S5进一步包括：
步骤S500，引入native层的与摄像头相关的NDK头文件；
步骤S501，创建所述native层的摄像头管理器ACameraManager，获取可用设备的ID列表，并打开指定ID摄像头；
步骤S502，配置会话参数，所述会话参数包括但不限于步骤S501中打开的摄像头设备、数据帧的输出目标以及捕获数据的请求ACaptureRequest；
步骤S503，创建会话，开启捕获数据的请求，然后进入循环不断的摄像头数据获取调度。
优选地，所述捕获数据的请求ACaptureRequest配置了摄像头数据输出的目标，而所述目标通过AImageReader创建获得。
优选地，在AImageReader中通过设置帧数据回调接口，在该回调接口中调用AImageReader_acquireNextImage来获取摄像头捕获的图像队列中的每一帧图片数据AImage，从而实现对其进行具体的业务逻辑处理。
优选地，于步骤S5后，还会包括如下步骤：
于处理完毕后，释放摄像头资源。
为达到上述目的，本发明还提供一种获取安卓终端摄像头数据的系统，包括：
native函数声明单元，用于进行native函数的声明，所述native函数为调取摄像头数据的功能函数；
加载单元，用于加载实现了所述native函数的动态库；
权限获取单元，用于获取对摄像头的操作权限；
调用单元，用于在需要之处调用该native函数；
cpp文件生成单元，用于生成本地cpp文件，实现底层获取摄像头数据并进行相应业务逻辑处理的native函数。
与现有技术相比，本发明一种获取安卓终端摄像头数据的方法及系统通过直接在native层进行开发，由需要进行图像数据处理的本地代码调取摄像头，直接获取图像数据，使得安卓手机摄像头的图像数据实时处理更为高效，且可跨平台实现。
附图说明
图1为现有技术中camera2的流程示意图；
图2为现有技术java层获取摄像头实时视频帧数据代码示例图；
图3为现有技术中获取安卓终端摄像头数据的流程图；
图4为本发明一种获取安卓终端摄像头数据的方法的步骤流程图；
图5为本发明一种获取安卓终端摄像头数据的系统的系统架构图；
图6为本发明具体实施例中获取安卓终端摄像头数据的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图4为本发明一种获取安卓终端摄像头数据的方法的步骤流程图。如图4所示，本发明一种获取安卓终端摄像头数据的方法，包括如下步骤：
步骤S1，进行native函数的声明，所述native函数为调取摄像头数据的功能函数，即所述native函数的功能为调取摄像头数据。在本发明具体实施例中，在java应用层代码进行native函数的声明。
步骤S2，加载实现了该native函数的动态库。
步骤S3，获取摄像头权限，即获取对摄像头操作的权限。
具体地，步骤S3进一步包括：
步骤S300，检查是否已获得摄像头权限，即检查是否已经获得对摄像头操作的权限；
步骤S301，若权限已授予，则进入步骤S4；
步骤S302，若权限尚未授予，则请求授予权限，若权限同意授予，则进入步骤S4，否则若权限不同意授予，则结束流程，例如在人脸解锁应用中，若摄像头权限未获得，则向使用人脸解锁应用的用户请求权限，若用户通过操作同意授予，则进入步骤S4，否则结束流程。
步骤S4，在需要之处调用该native函数。具体地，在应用层java代码中需要的地方进行该native函数的调用。在本发明具体实施例中，在SurfaceView的创建完成中进行native函数startPreview(Surface surface)的调用，则在布局渲染完成时，通过调用该函数而打开摄像头，获取图像数据并进行实时保存；而在SurfaceView的销毁中进行native函数stopPreview()的调用，在程序销毁时，摄像头资源得到释放。
步骤S5，生成cpp文件，实现底层获取摄像头数据并进行相应业务逻辑处理的native函数，即编写本地代码cpp文件，实现该native函数在native层调用摄像头获取数据的功能。
具体地，步骤S5进一步包括：
步骤S500，引入native层的与摄像头相关的NDK头文件。这里的NDK是一系列工具的集合，它提供了一系列的工具，帮助开发者快速开发C(或C++)的动态库，并能自动将so和java应用一起打包成apk；
步骤S501，创建native层的摄像头管理器ACameraManager，获取可用设备的ID列表，并打开指定ID摄像头。
步骤S502，配置会话参数，包括但不限于步骤S501中打开的摄像头设备、数据帧的输出目标以及捕获数据的请求ACaptureRequest，该请求ACaptureRequest配置了摄像头数据输出的目标，而该目标则是通过AImageReader创建得来的。优选地，在AImageReader中通过设置帧数据回调接口onImageAvailable，在该回调中调用AImageReader_acquireNextImage来获取摄像头捕获的图像队列中的每一帧图片数据AImage，至此可对其进行具体的业务逻辑处理，如人脸识别、人体骨骼点识别等。
步骤S503，创建会话，开启捕获数据的请求，然后进入循环不断的摄像头数据获取调度。
优选地，于步骤S5后，还会包括如下步骤：
于处理完毕后，释放摄像头资源。
图5为本发明一种获取安卓终端摄像头数据的系统的系统架构图。如图5所示，本发明一种获取安卓终端摄像头数据的系统，包括：
native函数声明单元201，用于进行native函数的声明，所述native函数为调取摄像头数据的功能函数，即所述native函数的功能为调取摄像头数据。在本发明具体实施例中，在java应用层代码进行native函数的声明。
加载单元202，用于加载实现了该native函数的动态库。
权限获取单元203，用于获取摄像头权限，即获取对摄像头操作的权限。
其中，权限获取单元203具体用于：
检查是否已获得摄像头权限，即检查是否已经获得对摄像头操作的权限；
若权限已授予，则进入调用单元204；
若权限尚未授予，则请求授予权限，若权限同意授予，则进入调用单元204，否则若权限不同意授予，则结束流程。
调用单元204，用于在需要之处调用该native函数。具体地，调用单元204在应用层java代码中需要的地方进行该native函数的调用。在本发明具体实施例中，在SurfaceView的创建完成中进行native函数startPreview(Surface surface)的调用，则在布局渲染完成时，通过调用该函数而打开摄像头，获取图像数据并进行实时保存；而在SurfaceView的销毁中进行native函数stopPreview()的调用，在程序销毁时，摄像头资源得到释放。
cpp文件生成单元205，用于生成cpp文件，实现底层获取摄像头数据并进行相应业务逻辑处理的native函数，即cpp文件生成单元205编写本地代码cpp文件，实现该native函数在native层调用摄像头获取数据的功能。
具体地，cpp文件生成单元205进一步包括：
NDK头文件引入单元，用于引入native层的与摄像头相关的NDK头文件。这里的NDK是一系列工具的集合。它提供了一系列的工具，帮助开发者快速开发C(或C++)的动态库，并能自动将so和java应用一起打包成apk；
摄像头开启单元，用于创建native层的摄像头管理器ACameraManager，获取可用设备的ID列表，并打开指定ID摄像头。
会话参数配置单元，用于配置会话参数，包括但不限于步骤S501中打开的摄像头设备、数据帧的输出目标以及捕获数据的请求ACaptureRequest，该请求ACaptureRequest配置了摄像头数据输出的目标，而该目标则是通过AImageReader创建得来的。优选地，在AImageReader中通过设置帧数据回调接口onImageAvailable，在该回调中调用AImageReader_acquireNextImage来获取摄像头捕获的图像队列中的每一帧图片数据AImage，至此可对其进行具体的业务逻辑处理，如人脸识别、人体骨骼点识别等。
会话创建单元，用于创建会话，开启捕获数据的请求，然后进入循环不断的摄像头数据获取调度。
优选地，本发明之获取安卓终端摄像头数据的系统，还包括：
资源释放单元，用于于摄像头调度处理完毕后，释放摄像头资源。
图6为本发明具体实施例中获取安卓终端摄像头数据的流程图，以下将通过一具体实施例来说明本发明：
步骤1，页面布局为SurfaceView，用作摄像头预览的画面窗口，在主启动的应用层代码MainActivity中进行native函数的声明，函数声明如下：
public static native void startPreview(Surface surface)；public staticnative void stopPreview()。
步骤2，加载实现了native函数的动态库：
System.loadLibrary("native-camera2-jni")。
步骤3，摄像头权限的获取检查，通过如下：
ContextCompat.checkSelfPermission(this,Manifest.permission.CAMERA)！＝PackageManager.PERMISSION_GRANTED
来进行判断，如果权限已授予，则程序继续运行，若权限未授予，则请求授予权限：
ActivityCompat.requestPermissions(this,new String[]{Manifest.permission.CAMERA},1)；
在本实施例中，在步骤3的权限检查之前，需要在AndroidManifest.xml中进行声明<uses-permission android:name＝"android.permission.CAMERA"/>，即动态运行时进行判断，需经过用户同意才可以授权。
步骤4，在SurfaceView的创建完成中进行native函数startPreview(Surfacesurface)的调用，则在布局渲染完成时，通过调用该函数而打开摄像头，获取图像数据并进行实时保存；在SurfaceView的销毁中进行native函数stopPreview()的调用，则在程序销毁时，摄像头资源得到释放。
步骤5，编写本地代码native-camera2-jni.cpp文件，实现步骤4中提到的两个native函数startPreview(Surface surface)与stopPreview()，具体地，
步骤5.1，在native-camera2-jni.cpp文件中引入NDK头文件，包括：<camera/NdkCameraDevice.h>、<camera/NdkCameraManager.h>、<camera/NdkCameraCaptureSession.h>、<camera/NdkCaptureRequest.h>；
步骤5.2，实现native层打开摄像头，即调用ACameraManager_create()创建摄像头管理器，通过调用ACameraManager_getCameraIdList获取可用设备的ID列表，指定ID为前置摄像头：selectedCameraId＝cameraIdList->cameraIds[1]后打开该摄像头：
ACameraManager_openCamera(cameraManager,
selectedCameraId,&deviceStateCallbacks,&cameraDevice)；
步骤5.3，配置会话参数，包括打开的摄像头设备、数据帧的输出目标ACameraOutputTarget_create(outputNativeWindow_,&target)以及捕获数据的请求ACaptureRequest_addTarget(captureRequest,target)；
步骤5.4，创建会话：
ACameraDevice_createCaptureSession(cameraDevice,captureSessionOutputContainer,&captureSessionStateCallbacks,&captureSession)，
开启请求：
ACameraCaptureSession_setRepeatingRequest(captureSession,NULL,1,&captureRequest,NULL)，
并进入循环不断的摄像头数据获取调度。
进一步地，获取摄像头数据的重点在于步骤S5.3中提到的捕获数据的请求ACaptureRequest，该请求配置了摄像头数据输出的目标，而该目标target是通过AImageReader(即下面的ImageReader，为重写的继承了AImageReader的类)创建得来的：
yuvReader_＝new ImageReader(&view,AIMAGE_FORMAT_JPEG)；
ANativeWindow*outputNativeWindow_＝yuvReader_->GetNativeWindow()；
ACameraOutputTarget_create(outputNativeWindow_,&target)；
ACaptureRequest_addTarget(captureRequest,target)；
进一步地，在AImageReader中通过设置帧数据回调接口onImageAvailable，在该回调中调用AImageReader_acquireNextImage(reader,&image)来获取摄像头捕获的图像队列中的每一帧图片数据AImage，至此可对其进行具体的业务逻辑处理如保存：
std::thread writeFileHandler(&ImageReader::WriteFile,this,image)。
若需要转为字节处理则通过调用AImage_getPlaneData(image,0,&data,&len)，在该步骤中，开发者可以根据自己的需求对获取到的图像数据进行处理，如美颜、人脸识别、人体骨骼点识别等。
步骤6，实现stopPreview函数，在该函数中，对native层调用到的ACaptureRequest、ACameraOutputTarget、ACameraDevice、ACaptureSessionOutput进行free释放。
步骤7，编写CMakeLists.txt文件，编译时ndk将自动将so和java应用一起打包成apk。
综上所述，本发明一种获取安卓终端摄像头数据的方法及系统通过直接在native层进行开发，由需要进行图像数据处理的本地代码调取摄像头，直接获取图像数据，使得安卓手机摄像头的图像数据实时处理更为高效，且可跨平台实现。
需说明的是，对于涉及到对安卓手机摄像头实时获取到的图像数据进行处理的程序软件(如美颜、体感游戏、人脸解锁等)，都可以利用本发明而变得更为高效。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种获取安卓终端摄像头数据的方法，包括如下步骤：
步骤S1，进行native函数的声明，所述native函数为调取摄像头数据的功能函数；
步骤S2，加载实现了所述native函数的动态库；
步骤S3，获取对摄像头的操作权限；
步骤S4，在需要之处调用该native函数；
步骤S5，生成本地cpp文件，实现底层获取摄像头数据并进行相应业务逻辑处理的native函数。
2.如权利要求1所述的一种获取安卓终端摄像头数据的方法，其特征在于：于步骤S1中，在java应用层代码进行所述native函数的声明。
3.如权利要求1所述的一种获取安卓终端摄像头数据的方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：
检查是否已获得对该摄像头操作的权限；
若权限已授予，则进入步骤S4；
若权限尚未授予，则请求授予权限，若权限同意授予，则进入步骤S4，否则结束流程。
4.如权利要求1所述的一种获取安卓终端摄像头数据的方法，其特征在于：于步骤S4中，在应用层java代码中需要的地方进行所述native函数的调用。
5.如权利要求4所述的一种获取安卓终端摄像头数据的方法，其特征在于：于步骤S4中，在SurfaceView的创建完成中进行所述native函数startPreview(Surface surface)的调用，在布局渲染完成时，通过调用所述native函数打开摄像头，获取图像数据并进行实时保存；在SurfaceView的销毁中进行所述native函数stopPreview()的调用，在程序销毁时，摄像头资源得到释放。
6.如权利要求1所述的一种获取安卓终端摄像头数据的方法，其特征在于，步骤S5进一步包括：
步骤S500，引入native层的与摄像头相关的NDK头文件；
步骤S501，创建所述native层的摄像头管理器ACameraManager，获取可用设备的ID列表，并打开指定ID摄像头；
步骤S502，配置会话参数，所述会话参数包括但不限于步骤S501中打开的摄像头设备、数据帧的输出目标以及捕获数据的请求ACaptureRequest；
步骤S503，创建会话，开启捕获数据的请求，然后进入循环不断的摄像头数据获取调度。
7.如权利要求6所述的一种获取安卓终端摄像头数据的方法，其特征在于：所述捕获数据的请求ACaptureRequest配置了摄像头数据输出的目标，而所述目标通过AImageReader创建获得。
8.如权利要求7所述的一种获取安卓终端摄像头数据的方法，其特征在于：在AImageReader中通过设置帧数据回调接口，在该回调接口中调用AImageReader_acquireNextImage来获取摄像头捕获的图像队列中的每一帧图片数据AImage，从而实现对其进行具体的业务逻辑处理。
9.如权利要求1所述的一种获取安卓终端摄像头数据的方法，其特征在于，于步骤S5后，还会包括如下步骤：
于处理完毕后，释放摄像头资源。
10.一种获取安卓终端摄像头数据的系统，包括：
native函数声明单元，用于进行native函数的声明，所述native函数为调取摄像头数据的功能函数；
加载单元，用于加载实现了所述native函数的动态库；
权限获取单元，用于获取对摄像头的操作权限；
调用单元，用于在需要之处调用该native函数；
cpp文件生成单元，用于生成本地cpp文件，实现底层获取摄像头数据并进行相应业务逻辑处理的native函数。
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