图像分析

图像分析用例为您的应用提供可供 CPU 访问的图像,您可以对这些图像执行图像处理、计算机视觉或机器学习推断。应用会实现对每个帧运行的 analyze() 方法。

操作模式

当应用的分析流水线无法满足 CameraX 的帧速率要求时,您可以将 CameraX 配置为通过以下其中一种方式丢帧:

  • 非阻塞(默认):在该模式下,执行器始终会将最新的图像缓存到图像缓冲区(与深度为 1 的队列相似),与此同时,应用会分析上一个图像。如果 CameraX 在应用完成处理之前收到新图像,则新图像会保存到同一缓冲区,并覆盖上一个图像。 请注意,在这种情况下,ImageAnalysis.Builder.setImageQueueDepth() 不起任何作用,缓冲区内容始终会被覆盖。您可以通过使用 STRATEGY_KEEP_ONLY_LATEST 调用 setBackpressureStrategy() 来启用该非阻塞模式。如需详细了解执行器的相关影响,请参阅 STRATEGY_KEEP_ONLY_LATEST 的参考文档。

  • 阻塞:在该模式下,内部执行器可以向内部图像队列添加多个图像,并仅在队列已满时才开始丢帧。系统会在整个相机设备上进行屏蔽:如果相机设备具有多个绑定用例,那么在 CameraX 处理这些图像时,系统会屏蔽所有这些用例。例如,如果预览和图像分析都已绑定到某个相机设备,那么在 CameraX 处理图像时,系统也会屏蔽相应预览。您可以通过将 STRATEGY_BLOCK_PRODUCER 传递到 setBackpressureStrategy() 来启用阻塞模式。此外,您还可以通过使用 ImageAnalysis.Builder.setImageQueueDepth() 来配置图像队列深度。

如果分析器延迟低且性能高,在这种情况下用于分析图像的总时间低于 CameraX 帧的时长(例如,60fps 用时 16 毫秒),那么上述两种操作模式均可提供顺畅的总体体验。在某些情况下,阻塞模式仍非常有用,例如在处理非常短暂的系统抖动时。

如果分析器延迟高且性能高,则需要结合使用阻塞模式和较长的队列来抵补延迟。但请注意,在这种情况下,应用仍可以处理所有帧。

如果分析器延迟高且耗时长(分析器无法处理所有帧),非阻塞模式可能更为适用,因为在这种情况下,系统必须针对分析路径进行丢帧,但要让其他同时绑定的用例仍能看到所有帧。

实现

如需在您的应用中使用图像分析,请按以下步骤操作:

绑定后,CameraX 会立即将图像发送到已注册的分析器。 完成分析后,调用 ImageAnalysis.clearAnalyzer() 或解除绑定 ImageAnalysis 用例以停止分析。

构建 ImageAnalysis 用例

ImageAnalysis 可将分析器(图像使用方)连接到 CameraX(图像生成方)。应用可以使用 ImageAnalysis.Builder 来构建 ImageAnalysis 对象。借助 ImageAnalysis.Builder,应用可以进行以下配置:

应用可以设置分辨率或宽高比,但不能同时设置这两个值。确切的输出分辨率取决于应用请求的大小(或宽高比)和硬件功能,并可能与请求的大小或宽高比不同。如需了解分辨率匹配算法,请参阅有关 setTargetResolution() 的文档

应用可以将输出图像像素配置为采用 YUV(默认)或 RGBA 颜色空间。设置 RGBA 输出格式时,CameraX 会在内部将图像从 YUV 颜色空间转换为 RGBA 颜色空间,并将图像位打包到 ImageProxy 第一个平面(其他两个平面未使用)的 ByteBuffer 中,序列如下:

ImageProxy.getPlanes()[0].buffer[0]: alpha
ImageProxy.getPlanes()[0].buffer[1]: red
ImageProxy.getPlanes()[0].buffer[2]: green
ImageProxy.getPlanes()[0].buffer[3]: blue
...

在执行设备无法满足帧速率要求的复杂图像分析时,您可以使用本主题的操作模式部分所述的策略将 CameraX 配置为丢帧。

创建分析器

应用可以通过实现 ImageAnalysis.Analyzer 接口并替换 analyze(ImageProxy image) 来创建分析器。 在每个分析器中,应用都会收到一个 ImageProxy,它是 Media.Image 的封装容器。可以使用 ImageProxy.getFormat() 来查询图像格式。该格式使用应用通过 ImageAnalysis.Builder 提供的以下值之一表示:

  • 如果应用请求了 OUTPUT_IMAGE_FORMAT_RGBA_8888,则为 ImageFormat.RGBA_8888
  • 如果应用请求了 OUTPUT_IMAGE_FORMAT_YUV_420_888,则为 ImageFormat.YUV_420_888

如需了解颜色空间配置以及可检索像素字节的位置,请参阅构建 ImageAnalysis 用例

在分析器中,应用应执行以下操作:

  1. 尽快分析给定的帧,最好在给定的帧速率时间限制内进行分析(例如,如果帧速率为 30 fps,则用时应低于 32 毫秒)。如果应用无法足够快地分析帧,请考虑采用一种受支持的丢帧机制
  2. 通过调用 ImageProxy.close()ImageProxy 发布到 CameraX。请注意,您不应调用已封装 Media.Image 的 close 函数 (Media.Image.close())。

应用可以直接使用 ImageProxy 中的已封装 Media.Image。 请不要对已封装的图像调用 Media.Image.close(),因为这会破坏 CameraX 中的图像分享机制;请改为使用 ImageProxy.close() 将底层 Media.Image 发布到 CameraX。

针对 ImageAnalysis 配置分析器

创建分析器后,使用 ImageAnalysis.setAnalyzer() 注册该分析器以开始分析。完成分析后,使用 ImageAnalysis.clearAnalyer() 移除已注册的分析器。

您只能配置一个活跃分析器用于分析图像。调用 ImageAnalysis.setAnalyzer() 会替换已注册的分析器(如果已存在该分析器)。应用可以在绑定用例之前或之后随时设置新的分析器。

将 ImageAnalysis 绑定到生命周期

强烈建议您使用 ProcessCameraProvider.bindToLifecycle() 函数将 ImageAnalysis 绑定到现有的 AndroidX 生命周期。请注意,bindToLifecycle() 函数会返回选定的相机设备,该函数可用于微调曝光等高级设置。

以下示例结合了上述步骤中的所有操作,将 CameraX ImageAnalysisPreview 用例绑定到了 lifeCycle 所有者:

Kotlin

val imageAnalysis = ImageAnalysis.Builder()
    // enable the following line if RGBA output is needed.
    // .setOutputImageFormat(ImageAnalysis.OUTPUT_IMAGE_FORMAT_RGBA_8888)
    .setTargetResolution(Size(1280, 720))
    .setBackpressureStrategy(ImageAnalysis.STRATEGY_KEEP_ONLY_LATEST)
    .build()
imageAnalysis.setAnalyzer(executor, ImageAnalysis.Analyzer { imageProxy ->
    val rotationDegrees = imageProxy.imageInfo.rotationDegrees
    // insert your code here.
    ...
    // after done, release the ImageProxy object
    imageProxy.close()
})

cameraProvider.bindToLifecycle(this as LifecycleOwner, cameraSelector, imageAnalysis, preview)

Java

ImageAnalysis imageAnalysis =
    new ImageAnalysis.Builder()
        // enable the following line if RGBA output is needed.
        //.setOutputImageFormat(ImageAnalysis.OUTPUT_IMAGE_FORMAT_RGBA_8888)
        .setTargetResolution(new Size(1280, 720))
        .setBackpressureStrategy(ImageAnalysis.STRATEGY_KEEP_ONLY_LATEST)
        .build();

imageAnalysis.setAnalyzer(executor, new ImageAnalysis.Analyzer() {
    @Override
    public void analyze(@NonNull ImageProxy imageProxy) {
        int rotationDegrees = imageProxy.getImageInfo().getRotationDegrees();
            // insert your code here.
            ...
            // after done, release the ImageProxy object
            imageProxy.close();
        }
    });

cameraProvider.bindToLifecycle((LifecycleOwner) this, cameraSelector, imageAnalysis, preview);

其他资源

如需详细了解 CameraX,请参阅下面列出的其他资源。

Codelab

  • CameraX 使用入门
  • 代码示例

  • 官方 CameraX 示例应用