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文档扫描与图像处理

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基于CameraX的安卓条码扫描应用
2021年4月25日

相机控制和条码识别是条码扫描应用的两个重要组成部分。

Dynamsoft Barcode Reader是一个高级的条码识别SDK，包含一个易于使用的Android类库。我们不需花太多工夫就能集成条码识别功能。

而制作一个好的相机应用程序则并不容易。在Android中，有三套相机API可供使用：Camera、Camera2和CameraX。

Camera可以拍照和录制视频。但它的摄像头控制功能有限。Camera2为复杂的用例提供了深入的控制功能，但要求针对特定设备管理配置。1它的用法也很复杂（之前的文章有对两者进行比较）。

CameraX则是最新的一套API。以下是来自Google2的描述：

CameraX 是一个 Jetpack 支持库，旨在帮助您简化相机应用的开发工作。它提供一致且易用的 API 接口，适用于大多数 Android 设备，并可向后兼容至 Android 5.0（API 级别 21）。

虽然 CameraX 利用了 camera2 的功能，但采取了一种具有生命周期感知能力且基于用例的更简单方式。它还解决了设备兼容性问题，因此您无需在代码库中添加设备专属代码。这些功能减少了将相机功能添加到应用时需要编写的代码量。

CameraX有三个基本用例：预览、图像分析和图像拍摄。

图像分析能方便地使用像ML Kit这样的技术来分析缓存的图像，这对于条形码读取也很有用。我们也不必担心并发，因为CameraX会为我们解决这个问题。

在本文中，我们将讨论如何用CameraX构建一个条码扫描应用，如下所示。

屏幕截图

创建一个新项目

  1. 打开Android Studio，创建一个新项目。选择Empty Activity。使用Java作为编程语言，并将最小sdk设置为21，因为CameraX至少需要Android 5.0。
  2. 按照这一指南添加Dynamsoft Barcode Reader。
  3. 按照这一指南添加CameraX。

布局设计

以下是activity_main.xml的内容，它定义了MainActivity的布局。有一个按钮用于打开相机的Activity。

<?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"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">
    <LinearLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:orientation="vertical">
        <TextView
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:id="@+id/container"
            android:textSize="20sp"
            android:text="This is a CameraX test app!"
            android:gravity="center">
        </TextView>
        <Button
            android:id="@+id/enableCamera"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:gravity="center"
            android:text="Open Camera" />
    </LinearLayout>
</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

创建一个新的Camera Activity，以显示相机预览和条码读取结果。下面是它的布局。

<?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"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".CameraActivity">

    <androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent">

        <androidx.camera.view.PreviewView
            android:id="@+id/previewView"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="match_parent"
            app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
            app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
            app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
            app:layout_constraintTop_toTopOf="parent">

        </androidx.camera.view.PreviewView>
    </androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>


    <androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout
        android:id="@+id/resultContainer"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent">

        <TextView
            android:id="@+id/resultView"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="150dp"
            android:layout_gravity="bottom"
            android:background="#80000000"
            android:gravity="center_horizontal|top"
            android:textColor="#9999ff"
            android:textSize="12sp"
            app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
            app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
            app:layout_constraintStart_toStartOf="parent" />
    </androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

使用CameraX预览和分析图像

  1. 为“打开相机”按钮设置事件侦听器。

    Button enableCamera = findViewById(R.id.enableCamera);
    Context ctx=this;
    enableCamera.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
        @Override
        public void onClick(View v) {
            if (hasCameraPermission()) {
                Intent intent = new Intent(ctx, CameraActivity.class);
                startActivity(intent);
            } else {
                requestPermission();
                Toast.makeText(ctx, "Please grant camera permission" , Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
        }
    });

    需要请求摄像头权限。

    当需要使用摄像头时，它会请求用户授予权限。以下是相关代码：

    //properties
private static final String[] CAMERA_PERMISSION = new String[]{Manifest.permission.CAMERA};
private static final int CAMERA_REQUEST_CODE = 10;

//methods
private boolean hasCameraPermission() {
    return ContextCompat.checkSelfPermission(
            this,
            Manifest.permission.CAMERA
    ) == PackageManager.PERMISSION_GRANTED;
}

private void requestPermission() {
    ActivityCompat.requestPermissions(
            this,
            CAMERA_PERMISSION,
            CAMERA_REQUEST_CODE
    );
}

    添加以下内容到AndroidManifest.xml：

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

  2. 初始化并启用预览和图像分析用例

    Dynamsoft Barcode Reader被用于从图像缓冲区识别条形码。

    @Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_camera);
    previewView = findViewById(R.id.previewView);
    resultView = findViewById(R.id.resultView);
    exec = Executors.newSingleThreadExecutor();
    try {
        dbr = new BarcodeReader();
    } catch (BarcodeReaderException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    DMLTSConnectionParameters parameters = new DMLTSConnectionParameters();
    parameters.organizationID = "******";
    dbr.initLicenseFromLTS(parameters, new DBRLTSLicenseVerificationListener() {
        @Override
        public void LTSLicenseVerificationCallback(boolean isSuccess, Exception error) {
            if (!isSuccess) {
                error.printStackTrace();
            }
        }
    });
    cameraProviderFuture = ProcessCameraProvider.getInstance(this);
    cameraProviderFuture.addListener(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                ProcessCameraProvider cameraProvider = cameraProviderFuture.get();
                bindPreviewAndImageAnalysis(cameraProvider);
            } catch (ExecutionException | InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }, ContextCompat.getMainExecutor(this));
}

@SuppressLint("UnsafeExperimentalUsageError")
private void bindPreviewAndImageAnalysis(@NonNull ProcessCameraProvider cameraProvider) {
    Size resolution = new Size(720, 1280);
    Display d = getDisplay();
    if (d.getRotation() != Surface.ROTATION_0) {
        resolution = new Size(1280, 720);
    }

    Preview.Builder previewBuilder = new Preview.Builder();
    previewBuilder.setTargetResolution(resolution);
    Preview preview = previewBuilder.build();

    ImageAnalysis.Builder imageAnalysisBuilder = new ImageAnalysis.Builder();

    imageAnalysisBuilder.setTargetResolution(resolution)
            .setBackpressureStrategy(ImageAnalysis.STRATEGY_KEEP_ONLY_LATEST);

    ImageAnalysis imageAnalysis = imageAnalysisBuilder.build();

    imageAnalysis.setAnalyzer(exec, new ImageAnalysis.Analyzer() {
        @RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.O)
        @Override
        public void analyze(@NonNull ImageProxy image) {
            int rotationDegrees = image.getImageInfo().getRotationDegrees();
            TextResult[] results = null;
            ByteBuffer buffer = image.getPlanes()[0].getBuffer();
            int nRowStride = image.getPlanes()[0].getRowStride();
            int nPixelStride = image.getPlanes()[0].getPixelStride();
            int length = buffer.remaining();
            byte[] bytes = new byte[length];
            buffer.get(bytes);
            ImageData imageData = new ImageData(bytes, image.getWidth(), image.getHeight(), nRowStride * nPixelStride);
            try {
                results = dbr.decodeBuffer(imageData.mBytes, imageData.mWidth, imageData.mHeight, imageData.mStride, EnumImagePixelFormat.IPF_NV21, "");
            } catch (BarcodeReaderException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.append("Found ").append(results.length).append(" barcode(s):\n");
            for (int i = 0; i < results.length; i++) {
                sb.append(results[i].barcodeText);
                sb.append("\n");
            }
            Log.d("DBR", sb.toString());
            resultView.setText(sb.toString());
            image.close();
        }
    });

    CameraSelector cameraSelector = new CameraSelector.Builder()
            .requireLensFacing(CameraSelector.LENS_FACING_BACK).build();
    preview.setSurfaceProvider(previewView.createSurfaceProvider());

    UseCaseGroup useCaseGroup = new UseCaseGroup.Builder()
            .addUseCase(preview)
            .addUseCase(imageAnalysis)
            .build();
    camera = cameraProvider.bindToLifecycle((LifecycleOwner) this, cameraSelector, useCaseGroup);
}

private class ImageData {
    private int mWidth, mHeight, mStride;
    byte[] mBytes;

    ImageData(byte[] bytes, int nWidth, int nHeight, int nStride) {
        mBytes = bytes;
        mWidth = nWidth;
        mHeight = nHeight;
        mStride = nStride;
    }
}

    这里有一些注意事项：

    1. 预览和图像分析应该共享相同的目标分辨率。
    2. 默认的图像格式是YUV，使用这一格式运算速度会比较快。如果需要执行其他操作，可能需要将其转换为RGB位图。你可以在Google的相机示例仓库中找到有关的转换代码。

更多相机控制

CameraControlAPI提供了一些基本的摄像头控制功能。

闪光灯控制：

camera.getCameraControl().enableTorch(true);

数码变焦：

camera.getCameraControl().setLinearZoom((float) 80/100);

对焦在一个点上：

CameraControl cameraControl=camera.getCameraControl();
MeteringPointFactory factory = new SurfaceOrientedMeteringPointFactory(width, height);
MeteringPoint point = factory.createPoint(x, y);
FocusMeteringAction.Builder builder = new FocusMeteringAction.Builder(point, FocusMeteringAction.FLAG_AF);
// auto calling cancelFocusAndMetering in 5 seconds
builder.setAutoCancelDuration(5, TimeUnit.SECONDS);
FocusMeteringAction action =builder.build();
cameraControl.startFocusAndMetering(action);

我们也可以使用Camera2Interop.Extender使用Camera2的CaptureRequest做更多的操控。例如，下面的代码将使图像变为负片。

Camera2Interop.Extender ext = new Camera2Interop.Extender<>(imageAnalysisBuilder);
ext.setCaptureRequestOption(CaptureRequest.CONTROL_EFFECT_MODE,CaptureRequest.CONTROL_EFFECT_MODE_NEGATIVE);

使应用更可用

可以添加更多功能，如偏好设置、取景器、扫描历史记录以及在找到条形码时发出哔哔声。你可以在这里找到一个例子。这篇文章就不具体讨论这些了。

源代码

https://github.com/xulihang/dynamsoft-samples/tree/main/dbr/Android/CameraXMinimum

参考文献

  1. https://developer.android.com/training/camera2 ↩

  2. https://developer.android.com/training/camerax ↩

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