[Android编程心得] Camera（OpenCV）自动对焦和触摸对焦的实现

写在前面

最近在从零开始写一个移动端的AR系统，坑实在是太多了！！！整个项目使用了OpenCV第三方库，但对于摄像机来说，和原生Camera的方法基本相同。

实现

以OpenCV的JavaCameraView为例，首先需要定制自己的Camera，主要代码如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

import org.opencv.android.JavaCameraView;

import android.R.integer;
import android.content.Context;
import android.graphics.Rect;
import android.graphics.RectF;
import android.hardware.Camera;
import android.hardware.Camera.AutoFocusCallback;
import android.util.AttributeSet;
import android.view.MotionEvent;
import android.widget.Toast;

public class MTCameraView extends JavaCameraView implements AutoFocusCallback {

	public MTCameraView(Context context, int attrs) {
		super(context, attrs);
		// TODO Auto-generated constructor stub
	}

	public List<Camera.Size> getResolutionList() {      
	    return  mCamera.getParameters().getSupportedPreviewSizes();      
	}
	
	public Camera.Size getResolution() {
	    Camera.Parameters params = mCamera.getParameters(); 
	    Camera.Size s = params.getPreviewSize();
	    return s;
	}
	
	public void setResolution(Camera.Size resolution) {
	    disconnectCamera();
	    connectCamera((int)resolution.width, (int)resolution.height);       
	}
	
	public void focusOnTouch(MotionEvent event) {
        Rect focusRect = calculateTapArea(event.getRawX(), event.getRawY(), 1f);
        Rect meteringRect = calculateTapArea(event.getRawX(), event.getRawY(), 1.5f);

        Camera.Parameters parameters = mCamera.getParameters();
        parameters.setFocusMode(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_AUTO);
        
        if (parameters.getMaxNumFocusAreas() > 0) {
        	List<Camera.Area> focusAreas = new ArrayList<Camera.Area>();
        	focusAreas.add(new Camera.Area(focusRect, 1000));
        
        	parameters.setFocusAreas(focusAreas);
        }

        if (parameters.getMaxNumMeteringAreas() > 0) {
        	List<Camera.Area> meteringAreas = new ArrayList<Camera.Area>();
        	meteringAreas.add(new Camera.Area(meteringRect, 1000));
        	
            parameters.setMeteringAreas(meteringAreas);
        }

        mCamera.setParameters(parameters);
        mCamera.autoFocus(this);
	}
	
	/**
	 * Convert touch position x:y to {@link Camera.Area} position -1000:-1000 to 1000:1000.
	 */
	private Rect calculateTapArea(float x, float y, float coefficient) {
		float focusAreaSize = 300;
	    int areaSize = Float.valueOf(focusAreaSize * coefficient).intValue();

	    int centerX = (int) (x / getResolution().width - 1000);
	    int centerY = (int) (y / getResolution().height - 1000);
	    
	    int left = clamp(centerX - areaSize / 2, -1000, 1000);
	    int top = clamp(centerY - areaSize / 2, -1000, 1000);

	    RectF rectF = new RectF(left, top, left + areaSize, top + areaSize);

	    return new Rect(Math.round(rectF.left), Math.round(rectF.top), Math.round(rectF.right), Math.round(rectF.bottom));
	}

	private int clamp(int x, int min, int max) {
	    if (x > max) {
	        return max;
	    }
	    if (x < min) {
	        return min;
	    }
	    return x;
	}
	
	public void setFocusMode (Context item, int type){
	    Camera.Parameters params = mCamera.getParameters(); 
	    List<String> FocusModes = params.getSupportedFocusModes();

	    switch (type){
	    case 0:
	        if (FocusModes.contains(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_AUTO))
	            params.setFocusMode(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_AUTO);
	        else 
	            Toast.makeText(item, "Auto Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();
	        break;
	    case 1:         
	        if (FocusModes.contains(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_CONTINUOUS_VIDEO))
	            params.setFocusMode(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_CONTINUOUS_VIDEO);
	        else
	            Toast.makeText(item, "Continuous Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();
	        break;
	    case 2:         
	        if (FocusModes.contains(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_EDOF))
	            params.setFocusMode(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_EDOF);
	        else
	            Toast.makeText(item, "EDOF Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();
	        break;
	    case 3:
	        if (FocusModes.contains(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_FIXED))
	            params.setFocusMode(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_FIXED);
	        else
	            Toast.makeText(item, "Fixed Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();
	        break;
	    case 4:
	        if (FocusModes.contains(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_INFINITY))
	            params.setFocusMode(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_INFINITY);
	        else
	            Toast.makeText(item, "Infinity Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();
	        break;
	    case 5:
	        if (FocusModes.contains(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_MACRO))
	            params.setFocusMode(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_MACRO);
	        else
	            Toast.makeText(item, "Macro Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();
	        break;      
	    }

	    mCamera.setParameters(params);
	}
	
	public void setFlashMode (Context item, int type){
	    Camera.Parameters params = mCamera.getParameters();
	    List<String> FlashModes = params.getSupportedFlashModes();

	    switch (type){
	    case 0:
	        if (FlashModes.contains(Camera.Parameters.FLASH_MODE_AUTO))
	            params.setFlashMode(Camera.Parameters.FLASH_MODE_AUTO);
	        else
	            Toast.makeText(item, "Auto Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();
	        break;
	    case 1:
	        if (FlashModes.contains(Camera.Parameters.FLASH_MODE_OFF))
	            params.setFlashMode(Camera.Parameters.FLASH_MODE_OFF);
	        else
	            Toast.makeText(item, "Off Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();          
	        break;
	    case 2:
	        if (FlashModes.contains(Camera.Parameters.FLASH_MODE_ON))
	            params.setFlashMode(Camera.Parameters.FLASH_MODE_ON);
	        else
	            Toast.makeText(item, "On Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();       
	        break;
	    case 3:
	        if (FlashModes.contains(Camera.Parameters.FLASH_MODE_RED_EYE))
	            params.setFlashMode(Camera.Parameters.FLASH_MODE_RED_EYE);
	        else
	            Toast.makeText(item, "Red Eye Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();          
	        break;
	    case 4:
	        if (FlashModes.contains(Camera.Parameters.FLASH_MODE_TORCH))
	            params.setFlashMode(Camera.Parameters.FLASH_MODE_TORCH);
	        else
	            Toast.makeText(item, "Torch Mode not supported", Toast.LENGTH_SHORT).show();        
	        break;
	    }

	    mCamera.setParameters(params);
	}

	@Override
	public void onAutoFocus(boolean arg0, Camera arg1) {
		 
	}
}

在MainActivity中需要初始化MTCamera，并且实现OnTouchListener接口，以便在触摸屏幕时可以调用onTouch函数。其中主要代码如下：

	private MTCameraView mOpenCvCameraView;

	public void init() {
		mOpenCvCameraView = new MTCameraView(this, -1);
		mOpenCvCameraView.setCvCameraViewListener(this);
		mOpenCvCameraView.setFocusable(true);
		mOpenCvCameraView.setOnTouchListener(MainActivity.this);
		mOpenCvCameraView.enableView();
		
		FrameLayout frame = new FrameLayout(this);
		frame.addView(mOpenCvCameraView);
		
		setContentView(frame);
	     }

	@Override
	public boolean onTouch(View arg0, MotionEvent arg1) {
		// TODO Auto-generated method stub
		mOpenCvCameraView.focusOnTouch(arg1);
		return true;
	}

init()函数是自定义的初始化函数，可以在onCreate时使用。由于这里需要使用OpenCV库，所以本项目是在加载完OpenCV库并判断成功后才调用init()函数的。

解释

在发生触摸事件时，MainActivity由于实现了OnTouchListener接口，因此会调用重写的onTouch函数，并把它的第二个参数MotionEvent传递给MTCamera，以便定位触摸位置。

MTCamera的focusOnTouch函数继续工作。它首先根据触摸位置计算对焦和测光（metering）区域的大小（通过calculateTapArea函数），然后创建新的Camera.Parameters，并设置摄像机的对焦模式为Auto。

然后，它分别判断该设备的相机是否支持设置对焦区域和测光区域，如果支持就分别为parameters设置之前计算好的聚焦和测光区域。

最后，让Camera自动对焦。

calculateTapArea函数

这个函数主要实现从屏幕坐标系到对焦坐标系的转换。由MotionEvent.getRowX()得到的是以屏幕坐标系（即屏幕左上角为原点，右下角为你的当前屏幕分辨率，单位是一个像素）为准的坐标，而setFocusAreas接受的List<Area>中的每一个Area的范围是（-1000，-1000）到（1000， 1000），也就是说屏幕中心为原点，左上角为（-1000，-1000），右下角为（1000，1000）。注意，如果超出这个范围的话，会报setParemeters failed的错误哦！除此之外，我们还提前定义了一个对焦框（测光框）的大小，并且接受一个参数（第三个参数coefficient）作为百分比进行调节。

至此完成了触摸对焦的功能。

但是，可以发现MTCamera里还有很大部分代码，主要是两个函数setFocusMode和setFlashMode。这两个函数，主要是因为在项目中我的图像经常是模糊的，但不知道系统支持那么对焦模式。这时，就可以使用这两个函数进行测试。这还需要在MainActivity中添加菜单栏的代码，以便进行选择。代码如下：

    private List<Camera.Size> mResolutionList;

    private MenuItem[] mResolutionMenuItems;
    private MenuItem[] mFocusListItems;
    private MenuItem[] mFlashListItems;

    private SubMenu mResolutionMenu;
    private SubMenu mFocusMenu;
    private SubMenu mFlashMenu;
    
    @Override
    public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
        Log.i(TAG, "called onCreateOptionsMenu");
        
        List<String> mFocusList = new LinkedList<String>();
	    int idx =0;

	    mFocusMenu = menu.addSubMenu("Focus");

	    mFocusList.add("Auto");
	    mFocusList.add("Continuous Video");
	    mFocusList.add("EDOF");
	    mFocusList.add("Fixed");
	    mFocusList.add("Infinity");
	    mFocusList.add("Makro");
	    mFocusList.add("Continuous Picture");

	    mFocusListItems = new MenuItem[mFocusList.size()];

	    ListIterator<String> FocusItr = mFocusList.listIterator();
	    while(FocusItr.hasNext()){
	        // add the element to the mDetectorMenu submenu
	        String element = FocusItr.next();
	        mFocusListItems[idx] = mFocusMenu.add(2,idx,Menu.NONE,element);
	        idx++;
	    }

	    List<String> mFlashList = new LinkedList<String>();
	    idx = 0;

	    mFlashMenu = menu.addSubMenu("Flash");

	    mFlashList.add("Auto");
	    mFlashList.add("Off");
	    mFlashList.add("On");
	    mFlashList.add("Red-Eye");
	    mFlashList.add("Torch");

	    mFlashListItems = new MenuItem[mFlashList.size()];

	    ListIterator<String> FlashItr = mFlashList.listIterator();
	    while(FlashItr.hasNext()){
	        // add the element to the mDetectorMenu submenu
	        String element = FlashItr.next();
	        mFlashListItems[idx] = mFlashMenu.add(3,idx,Menu.NONE,element);
	        idx++;
	    }

	    mResolutionMenu = menu.addSubMenu("Resolution");
	    mResolutionList = mOpenCvCameraView.getResolutionList();
	    mResolutionMenuItems = new MenuItem[mResolutionList.size()];

	    ListIterator<Camera.Size> resolutionItr = mResolutionList.listIterator();
	    idx = 0;
	    while(resolutionItr.hasNext()) {
	        Camera.Size element = resolutionItr.next();
	        mResolutionMenuItems[idx] = mResolutionMenu.add(1, idx, Menu.NONE,
	                Integer.valueOf((int) element.width).toString() + "x" + Integer.valueOf((int) element.height).toString());
	        idx++;
	     }

	    return true;
    }
    
    public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
        Log.i(TAG, "called onOptionsItemSelected; selected item: " + item);

        if (item.getGroupId() == 1)
	    {
	        int id = item.getItemId();
	        Camera.Size resolution = mResolutionList.get(id);
	        mOpenCvCameraView.setResolution(resolution);
	        resolution = mOpenCvCameraView.getResolution();
	        String caption = Integer.valueOf((int) resolution.width).toString() + "x" + Integer.valueOf((int) resolution.height).toString();
	        Toast.makeText(this, caption, Toast.LENGTH_SHORT).show();
	    } 
	    else if (item.getGroupId()==2){

	       int focusType = item.getItemId();

	       mOpenCvCameraView.setFocusMode(this, focusType);
	    }
	    else if (item.getGroupId()==3){

	       int flashType = item.getItemId();

	       mOpenCvCameraView.setFlashMode(this, flashType);
	    }

        return true;
    }

这样运行后，点击菜单就可以看见有三个菜篮列表：Focus（对焦模式），Flash（视频模式），Resolution（支持的分辨率）。对焦模式和视频模式中提供了几种常见的模式供选择，代码会判断当前设备是否支持该模式。而分辨率菜单栏会显示出当前设备支持的所有分辨率种类。

参考

*上关于触摸对焦的讨论
Android多媒体和相机讲解十
解读Android 4.0 Camera原生应用程序的设计思路
OpenCV上的提问：ANDROID: Use autofocus with CameraBridgeViewBase?

[Android编程经验] Camera（OpenCV）自动对焦和触摸对焦的实现

写在前面

实现

解释

参考

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