南京林業(yè)大學(xué)機械電子工程學(xué)院 程玉柱 王皖君 李趙春

基于A n d r o i d手機的“數(shù)字圖像處理”教學(xué)模式探索

南京林業(yè)大學(xué)機械電子工程學(xué)院 程玉柱 王皖君 李趙春

基于手機與互聯(lián)網(wǎng)的課程教學(xué)實踐是當(dāng)前教學(xué)改革的一個熱點。本文將超星學(xué)習(xí)通引入到數(shù)字圖像處理的整個教學(xué)實踐中，包括課堂授課、點名、提問、談?wù)?、以及課后答疑、資料共享等。并搭建Android Studio與OpenCV圖像軟件開發(fā)平臺，開發(fā)Android手機的圖像處理教學(xué)軟件系統(tǒng)。教學(xué)實踐顯示，此教學(xué)模式能顯著地提高課程學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。

Android；圖像處理；OpenCV；超星學(xué)習(xí)通

1 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，手機成了人們不可或缺的移動終端之一。手機幾乎可以完成生活、學(xué)習(xí)、娛樂、工作的所有事務(wù)。同樣手機也進入了校園和課堂，“手機控”、“低頭控”無處不在。手機提高了信息的傳輸速度，也出現(xiàn)了大學(xué)生課堂聊天、上網(wǎng)、玩游戲等現(xiàn)象，破壞了課堂學(xué)習(xí)氣氛，擾亂了課堂秩序，增加教師課堂管理難度，影響了課堂的教學(xué)效果。

目前，針對手機進入課堂問題，應(yīng)對措施主要分成兩大類：被動法和主動法。被動法采用“堵”的方式，從學(xué)校、教師、學(xué)生等多方面，出臺規(guī)定嚴(yán)格管理和教育學(xué)生，上課不得玩手機。此法表面上雖能取得一些效果，但不能根本上解決問題。主動法承認(rèn)課堂上無法杜絕學(xué)生攜帶玩手機的事實，由“堵”變“通”，主動將手機引入到教學(xué)當(dāng)中去，貫穿課堂、課后的整個教學(xué)過程，但此法屬于教學(xué)探索，留待檢驗。

“數(shù)字圖像處理”課程理論性、實踐性都很強，理論上囊括了幾乎所有的數(shù)學(xué)理論。在實踐上，傳統(tǒng)采用Matlab軟件進行教學(xué)，Matlab雖然易于學(xué)生掌握，但不適合工程應(yīng)用，與當(dāng)前的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的要求不符，而采用C++教學(xué)，難度較大，短時間很難上手。

本文采用主動法將超星學(xué)習(xí)通引入到“數(shù)字圖像處理”課堂教學(xué)中來，通過Android手機實現(xiàn)課堂授課、點名、提問等環(huán)節(jié)，充分提高手機的正面使用效果。同時，搭建Android手機的OpenCV圖像處理教學(xué)軟件系統(tǒng)，供學(xué)生上課進行二次開發(fā)和學(xué)習(xí)，提高課堂內(nèi)容的教學(xué)效果。

2 超星學(xué)習(xí)通“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)

超星學(xué)習(xí)通是面向智能手機、平板電腦等移動終端的移動學(xué)習(xí)專業(yè)平臺。學(xué)習(xí)學(xué)校專業(yè)課程，進行小組討論。以“數(shù)字圖像處理”課程為例，介紹如何構(gòu)建手機教學(xué)互動平臺。

首先下載超星學(xué)習(xí)通APP軟件，完成安裝。然后進行注冊，成為會員用戶，擁有書房、筆記本、小組、課程、通訊錄、云盤、錢包等功能。點擊“創(chuàng)建課程”，輸入課程名稱、課程教師、課程圖標(biāo)，由此課程創(chuàng)建成功。該課程中有：課程目錄、資料、話題、作業(yè)、通知等欄目。課程目錄中輸入：圖像概述、圖像變換、圖像增強、圖像復(fù)原、圖像壓縮、圖像分割、圖像特征提取與識別等章節(jié)。資料中上傳課程PPT，演示代碼等。話題可以聚焦某個技術(shù)難點進行討論，包括：圖像在計算機中表達、運算、圖像復(fù)原與分割的難點、特征提取的意義等。作業(yè)布置有理論分析題和編程實踐題，理論主要聚焦變換和濾波，實踐體現(xiàn)在利用Android Studio與OpenCV聯(lián)合編程實現(xiàn)圖像處理。通知發(fā)布一些重要的活動和時間節(jié)點。

在課程進行中，具有群聊功能，實現(xiàn)和學(xué)生之間互動，有圖片、拍照、筆記、書房、文件、紅包、直播、小組等功能。同時可以開通多種活動，比如簽到、投票、問卷、測驗、評分、直播、話題、搶答、選人、小組活動、撰寫論文等。還有對學(xué)生的管理、添加、刪除等。圖1為數(shù)字圖像處理課程界面。

3 Android手機OpenCV圖像處理實現(xiàn)

搭建Android與OpenCV圖像步驟如下：首先下載并安裝Android Studio2.1.2版本，并將下載好的OpenCV for Android解壓到固定文件夾。利用AS新建工程，并加載OpenCV模塊，至此，開發(fā)環(huán)境搭建成功。

“數(shù)字圖像處理”課程分為六章，分別為：圖像讀取、圖像變換、圖像增強、圖像復(fù)原、圖像壓縮、圖像分割及邊緣檢測。設(shè)計界面如圖2所示。課堂采用理論和實踐交互式教學(xué)模式，首先讓學(xué)生下載圖像處理APK代碼，并安裝程序進行演示，看到算法的實際效果，增強對理論認(rèn)識，并掌握Android與OpenCV編程技術(shù)，提供算法源代碼供學(xué)生二次開發(fā)，作為課堂及課后練習(xí)。

圖1 APP界面

圖2 Android程序界面及結(jié)果

本文以圖像灰度變換為例，說明其教學(xué)過程。首先介紹綠色植物葉片讀取及灰度化的基本理論；教師利用APK軟件演示實例，驗證理論，如圖2所示。上圖為原彩色圖像，下圖為2G-R-B后的灰度圖片，非常容易理解圖像灰度化的作用和效果；其次詳細介紹彩圖在手機中的表達與儲存，OpenCV中Mat的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，像素點訪問方式、函數(shù)調(diào)用、循環(huán)定義、數(shù)據(jù)類型等；打開Android Studio介紹圖像讀取及灰度變換的軟件核心代碼，布置學(xué)生對代碼進行改進采用G-R算法進行灰度處理；最后進行總結(jié)，對灰度變換原理、作用及實現(xiàn)方法進行比較，強調(diào)難點、重點，同時對學(xué)生進行啟發(fā)式教學(xué)，讓學(xué)生思考圖像變換的實現(xiàn)步驟及軟件核心代碼的變化。理論可在實踐開發(fā)之前，也可在開發(fā)之后，或者交替進行。大致按照“理論、實踐、理論、分析、總結(jié)”的模式進行教學(xué)。在此過程中，需要教師既具有較強的理論功底，也具有實踐編程能力，將理論與編程代碼相結(jié)合的能力，對教師提出了更高的要求。

4 總結(jié)

針對學(xué)生對手機的依賴，阻礙教學(xué)質(zhì)量問題，根據(jù)數(shù)字圖像處理課程的兼具理論與實踐的特點，從教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容上，對該課程教學(xué)模式進行了探索研究。將超星學(xué)習(xí)通引入到教學(xué)中，使得學(xué)生利用手機進行課程學(xué)習(xí)。進行Android與OpenCV進行圖像編程學(xué)習(xí)，讓學(xué)生理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決圖像處理的基本問題，依靠老師的軟件可以進行二次開發(fā)，鍛煉學(xué)生的動手能力。如何進一步的高效利用好手機、提高教學(xué)質(zhì)量，依然是一個值得研究的課題。

[1]劉芳.大學(xué)生手機依賴對課堂教學(xué)的不良影響及應(yīng)對[J].黑河學(xué)刊,2014(1):171-173.

[2]張麗君.基于超星學(xué)習(xí)通的英語閱讀移動教學(xué)模式應(yīng)用研究[J].信息技術(shù)與信息化,2016(12):91-93.

[3]謝亮,廖宏建.線上線下混合式圖像處理教學(xué)模式設(shè)計與研究[J].中國教育信息化·基礎(chǔ)教育,2017(10):53-56.

[4]劉賢輝.基于OpenCV在移動端的圖像處理技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2017(9):70-70.

程玉柱（1980—），男，博士，講師，供職于南京林業(yè)大學(xué)機電學(xué)院，主要研究方向：圖像處理與模式識別。

王皖君（1984—），男，博士，講師，供職于南京林業(yè)大學(xué)機電學(xué)院，主要研究方向：自動化。

李趙春（1978—），女，博士，副教授，供職于南京林業(yè)大學(xué)機電學(xué)院，主要研究方向：控制理論及控制工程。

南京林業(yè)大學(xué)2017年校級“教學(xué)質(zhì)量提升工程”項目。