基于Android智能手机的试卷评阅系统的设计与实现.pdf

国内图书分类号 T P 3 1 7 4 国际图书分类号 0 0 4 9 2 西南交通大学 研究生学位论文 密级 公开 年 姓 专 二零一四年四月 C l a s s i f i e dI n d e x T P 317 4 U D C 0 0 4 9 2 S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y M a s t e rD e g r e eT h e s i s D e s i g n a n d I m p l e m e n t a t i o no fP a p e r sR e v i e w S y s t e m o nM o b i l et e r m i n a l Ba s e d o nA n d r o i d G r a d e 2 0 1 1 C a n d i d a t e X i aH e A c a d e m i cD e g r e eA p p l i e df o r M a s t e r S p e c i a l i t y E d u c a t i o nT e c h n o l o g y S u p e r v i s o r P r o f F e n gJ u n h u a n A p r i l 2 0 1 4 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用 影印 缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1 保密口 在年解密后适用本授权书 2 不保密瓯使用本授权书 请在以上方框内打 学位论文作者签名 趸采 日期 矿lt r 7 彦 指导老师签名 丛贬 日期 矽1 4 s 乞 西南交通大学硕士学位论文主要工作 贡献 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下 1 研究了表格图像的倾斜校正算法 提出了一种改进的投影轮廓分析法 并且 通过实验比较了改进后的算法与投影轮廓分析法的旋转次数 验证了改进后的算法能 够更快的求出表格图像倾斜角度 2 研究了表格图像的数据定位算法 提出了一种基于区域生长的表格定位算法 该算法能弥补常见的表格定位算法对表格外噪声数据的抗干扰能力较差的不足 通过 实验验证了这种算法的有效性 3 研究了手写字符识别算法 并采用了适用于智能手机终端的改进的十三点特 征提取算法来进行字符的特征提取 通过实验验证了采用该算法来进行手写字符识别 有较高的准确率 4 设计并实现了一个基于智能手机终端的阅卷系统 系统分为五个模块 图像 采集模块 图像预处理模块 图像倾斜校正模块 表格定位模块和字符识别模块 最 后系统的实用性与有效性通过实验得到了验证 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在文中作了明确说明 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担 学位论文作者签名 百象 日期 伊f0 k 彤 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 考试作为衡量教学质量高低的方式 一直被教育界普遍采用 笔试考试流程中的 试卷评阅工作既耗时又容易出错 计算机技术为自动阅卷系统的实现带来了光明 自 动阅卷也开始广泛应用于规模化试卷评阅工作中 近年来 随着移动互联网的蓬勃发展 智能手机等触控式智能设备迅速进入人们 的生活 越来越强大的硬件配置 使人们的生活变得更加舒适 美好 使人们的工作 方式变得更加方便 快捷 A n d r o i d 系统正是移动互联网高速发展下推出的 据统计 从2 0 1 0 年起 A n d r o i d 系统已逐渐成为全球应用最广泛的手机操作系统 本文正是基 于A n d r o i d 系统研发的 为教师设计一款基于A n d r o i d 智能手机的自动阅卷软件是一件 有意义的工作 现阶段 我国传统考试的答题卷客观题部分主要存在于表格中 针对 这种答题卷 将A n d r o i d 手机与O p e n C V 图像库相结合 设计了一种简便易用的自动 阅卷方案 并开发了针对这种答题卷的移动阅卷系统 该系统包括图像的采集 图像 的预处理 表格图像的倾斜校正 表格图像定位和字符识别等模块 实验结果表明该 自动阅卷方案具有高效 简单易用 便于推广的优点 设计完成了基于A n d r o i d 智能手机的自动阅卷系统 并在三个方面取得研究进展 其一 针对表格图像的倾斜校正 改进了传统的投影轮廓分析法 用实验验证了改进 后的算法有更好的运行效率 其二 针对表格图像定位与拆分模块进行了优化 弥补 了传统表格定位算法在特殊场合下定位不准确的不足 其三 针对手写字符识别模块 改进了适用于手持终端的十三点特征提取法 关键宇 自动阅卷系统 图像处理 A n d r o i d O p e n C V 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 A b s t r a c t E x a m i n a t i o n a saw a yt om e a s u r et e a c h i n gq u a l i t y h a sb e e na d o p t e db ye d u c a t i o n A m o n gt h e m t h er e v i e ww o r ko ft h ew f i a e ne x a m i n a t i o np r o c e s si sb o t ht i m e c o n s u m i n g a n de r r o r p r o n ei nt h ee x a l n C o m p u t e rt e c h n o l o g yh a sb r o u g h tl i g h tf o rt h er e a l i z a t i o no f a u t o m a t i cm a r k i n gs y s t e ma n di th a sb e e nw i d e l yu s e di nl a r g e s c a l er e v i e wp a p e rw o r k I nr e c e n ty e a r s w i t ht h ev i g o r o u sd e v e l o p m e n to ft h em o b i l eI n t e m e t s m a r tp h o n e sa n d t o u c hs m a r td e v i c e sq u i c k l ya p p e a ri n p e o p l e Sl i v e s W i t hm o r ea n dm o r ep o w e r f u l h a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n p e o p l e Sl i f eh a sb e c o m em o r ec o m f o r t a b l ea n dt h ew a yh o wp e o p l e w o r kh a sb e c o m em o r ec o n v e n i e n t A n d r o i d s y s t e ma p p e a r su n d e rt h eh i g hs p e e d d e v e l o p m e n to fm o b i l eI n t e r n e t A c c o r d i n gt os t a t i s t i c s s i n c e2 0 10 t h eA n d r o i ds y s t e mh a s g r a d u a l l yb e c o m et h ew o r l d Sm o s tw i d e l yu s e do p e r a t i n gs y s t e mo fm o b i l ep h o n e S o r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ti nt h i s e s s a yi sb a s e do nA n d r o i da n dt od e s i g naa u t o m a t i c m a r k i n gs o f t w a r eb a s e do nA n d r o i df o rt e a c h e r si sam e a n i n g f u lw o r k A tp r e s e n t 0 1 1 1 c o u n t r y St r a d i t i o n a le x a ma n s w e rs h e e to fo b j e c t i v et o p i cp a r tm a i n l ye x i s t si nt h ef o r m T o t h i sa n s w e rs h e e t t h ea r t i c l ec o m b i n e st h em o b i l ep h o n eo fA n d r o i dw i t hi m a g el i b r a r yo f O p e n C V O nt h em o b i l et e r m i n a l al i n do fa u t o m a t i cm a r k i n gs c h e m ei sd e s i g n e dw h i c hi s s i m p l ea n de a s yt ou s e a n dam o b i l em a r k i n gs y s t e mi sd e v e l o p e do nt h ea n s w e rs h e e t T h e s y s t e mi n c l u d e sm o d u l e so fi m a g ea c q u i s i t i o n i m a g ep r e p r o c e s s i n g t i l tc o r r e c t i o n i m a g e f o r m s f o r mi m a g eo r i e n t a t i o na n dc h a r a c t e rr e c o g n i t i o n T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t t h ea u t o m a t i cm a r k i n gs c h e m eh a st h ea d v a n t a g e so fh i g he f f i c i e n c ya n di t Ss i m p l ea n de a s y t ou s e T h i ss y s t e mi ss u i t a b l et op r o m o t e T h ea u t o m a t i cm a r k i n gs y s t e mi sc o m p l e t e dd e s i g n e d b a s e do nA n d r o i d a n dt h er e s e a r c h s h o w sp r o g r e s si nt h r e ea s p e c t s F i r s t l y t h et r a d i t i o n a lm e t h o do fp r o j e c t i o np r o f i l ei s i m p r o v e da n dt h ei m p r o v e da l g o r i t h mi sv e r i f i e db ye x p e r i m e n tt h a ti th a sb e t t e re f f i c i e n c y S e c o n d l y t of o r mi m a g ep o s i t i o n i n ga n di m a g er e s o l u t i o nm o d u l e t h e a l g o r i t h mi so p t i m i z e d a n dm a k eu pf o rp o s i t i o n i n g i n a c c u r a c yo ft h et r a d i t i o n a lf o r ml o c a l i z a t i o na l g o r i t h mi n s p e c i a ls i t u a t i o n T h i r d l y f o rh a n d w r i t t e nc h a r a c t e rr e c o g n i t i o nm o d u l e t h i se s s a yi m p r o v e s t h et h i r t e e nf e a t u r ee x t r a c t i o nm e t h o dw h i c hi sa p p l i c a b l et oh a n d s e t K e y w o r d s A u t o m a t i cm a r k i n gs y s t e m T h ei m a g ep r o c e s s i n g A n d r o i d O p e n C V 西南交通大学硕士研究生学位论文第 II 页 目录 摘要 I A b s t r a c t I I 目录 I I I 第1 章绪论 1 1 1研究意义 1 1 2 国内外研究现状 2 1 3 课题的研究点 3 1 3 1A n d r o i d 平台下调用本地化代码 3 1 3 2 图像采集与定位技术 3 1 3 3 手写字符识别 3 1 4 本文结构安排 3 第2 章A n d r o i d 平台下图像处理 5 2 1A n d r o i d 架构介绍 5 2 1 1A n d r o i d 系统平台 5 2 1 2A n d r o i d 运行时库 6 2 1 3A n d r o i d 基本组件介绍 6 2 2 O p e n C V 库 8 2 2 1O p e n C V 的主要模块 9 2 2 2O p e n C VM a n a g e r 9 2 3 A n d r o i d 下调用O p e n C V 库 9 2 3 1N a t i v e 层与J N I 调用 9 2 3 2A n d r o i d 平台O p e n C V 调用 1 0 2 3 3 动态管理O p e n C V 库 11 2 4 本章小结 1 2 第3 章智能手机自动阅卷系统设计 1 3 3 1 智能手机阅卷系统的整体架构 1 3 3 2图像采集 1 4 3 3 图像预处理 1 5 西南交通大学硕士研究生学位论文第1V 页 3 3 1 图像的灰度化处理 1 6 3 3 2 图像的去噪 一1 6 3 3 3 图像二值化 1 7 3 4 图像处理模块 2 2 3 5 系统运行结果 2 3 3 5 1 开发环境 2 3 3 5 2 运行环境 2 4 3 5 3 运行结果 一2 5 3 6 本章小结 2 6 第4 章图像的自动倾斜校正算法 2 7 4 1 图像倾斜校正的概述 2 7 4 2 H o u g h 变换法 2 7 4 3 投影轮廓分析法 3 0 4 3 1 投影轮廓分析法的介绍 3 0 4 3 2 改进后的投影轮廓分析法 31 4 3 3 算法性能的比较 一3 2 4 4 图像旋转 3 2 4 5 本章小结 3 4 第5 章表格数据定位算法 3 5 5 1 表格数据定位算法概述 3 5 5 2基于区域生长的表格定位算法 3 5 5 2 1 算法假设 3 5 5 2 2 算法设计 3 6 5 2 3 算法描述 3 7 5 2 4 算法原理 3 9 5 2 5 测试结果及分析 一3 9 5 3 本章小结 4 2 第6 章字符识别 4 3 6 1字符识别的概述 4 3 6 2 字符识别模块的结构 4 3 6 2 1 字符识别的预处理 4 4 西南交通大学硕士研究生学位论文第V 页 6 2 2 字符特征提取 4 5 6 2 3 字符的识别方法 4 6 6 3本课题的字符识别模块 4 7 6 4 本章小结 4 8 结论与展望 4 9 致谢 5 1 参考文献 5 2 攻读硕士学位期间发表的论文 5 5 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究意义 第1 章绪论 古往今来 考试作为衡量教育质量最主要的方式而普遍存在 有考试就有试卷评 阅工作 考试流程中试卷的阅卷工作是很费时并且易出错的 所以如何采用一种高效 准确的阅卷方式显得尤为重要 众所周知 考试与考试评阅工作一直严格坚持贯彻 公 平 公正 公开 三大原则 通常情况下 教师的阅卷质量较高 不过由于阅卷工作 量大 教师评判标准不一等种种原因导致阅卷结果与实事有一定的出入 尽管考试阅 卷结束后 可能会对阅卷结果进行复查 然而由于时间和精力等的限制 只能对部分 试卷进行复查 无法保证所有考生成绩的准确性 可见传统的人工阅卷方式 往往花 费大量的人力 物力和时间 却不能得到一个很好的效果 文献 2 提出了一种基于图像识别的阅卷系统 这种阅卷系统采用图像识别技术来 识别特定的答题卡信息 从而实现自动化阅卷 但是这种阅卷系统需要对现有的常用 的答题卷格式进行改造 并且需要用扫描仪对学生的答题卷进行扫描 这势必会增加 考试阅卷的复杂度 RR 学生 U 划 T 成绩 图1 1 本课题试卷阅卷过程 本文利用带有照相机功能的智能手机设计实现自动阅卷 整个阅卷流程如图1 1 所 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 示 首先 通过手机对学生试卷答题卷进行拍照 图像采集 接着 图像数据经过自 动阅卷系统处理后得到学生成绩 阅卷后得到的学生成绩最终被录入到学生成绩库 数 据库 中 在自动阅卷系统中 教师只需将标准答案输入A n d r o i d 智能手机当中 然后 将学生答题卷照片 如图1 2 所示的照片 传入程序中 通过手机阅卷软件便可以轻松 得到学生客观题的考试成绩 这种阅卷方式可以降低人工评卷误差 减少教师阅卷工 作量 a 第一类答题卷b 第二类答题卷 图1 2 学生答题卷 随着计算机技术与通信技术的快速发展 以信息的采集与处理为核心的图片采集 移动终端系统己得到了广泛应用 在各类移动平台当中 A n d r o i d 由于其开放 自由等 特点 而被广大开发人员和用户所热爱 因此采用带有照相机功能的A n d r o i d 智能手 机等移动终端 为高效的自动智能阅卷提供了很好的解决方案 1 2 国内外研究现状 目前网上阅卷技术是我国客观题自动阅卷的主要方式之一 网上阅卷 叫1 也叫无 纸化阅卷系统 作为一种新型的阅卷方式 常应用于近年来的高考中 它是电子扫描 技术 数字图像处理技术与计算机网络技术相结合的一种技术 它首先对学生的答题 卷进行图像采集 图像采集主要利用高速扫描仪对图像进行扫描 对采集后的答题卷 电子图像信息 客观题部分采用数字图像处理技术与图像识别技术相结合的方式来进 行自动阅卷 而主观题部分则采用评阅人在计算机上对学生答题卷判分的阅卷形式 阅卷完成后 对各个学生的各部分成绩进行汇总 国外对网上阅卷技术的研究起步较早 比国内研究也深入很多 目前 国外已经 有各种各样的网上阅卷系统n 1 产品投入应用 据悉 美国考试研究中心对某些考试研发 了特定的网上阅卷系统 T o e f l 等考试的部分科目也运用了网上阅卷系统 但是由于国 外自动阅卷技术并未对外开放 我国可获得的国外资料有限 所以这很大程度限制了 我国网上阅卷技术的研究与发展 随着网上阅卷技术的快速发展 目前有多家公司已研发出了自己的网上阅卷软件 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 据了解 这类网上阅卷系统大多是针对各省的高考或是针对英语四六级等重大考试设 计的 它们将扫描后的答题卷或机读卡上客观题部分的电子图像信息精确分割并自动 识别 并送到服务端进行成绩汇总 这种阅卷方式有较高的准确率和较快的阅卷速度 但是这种阅卷方式大多运用在重大考试或英语等级考试中 日常中的考试还是通过人 工阅卷的方式进行 因此 采用智能手机平台 A n d r o i d 手机 进行试卷评阅的方式 由于其快捷 方便 阅卷成本低等特点 可以有效减少教师日常阅卷的工作量 提高 教师阅卷的准确性 1 3课题的研究点 1 3 1A n d r o id 平台下调用本地化代码 由于手机资源有限 需要用比较高效的算法才能保证程序的质量 同时 由于 A n d r o i d 平台应用框架采用J a v a 编写畸3 而比较高效的图像处理代码 则采用C 编码 所以需要解决跨平台的问题 1 3 2 图像采集与定位技术 由于学生答题卷不存在颜色特征 系统采集的学生答题卷图片需要某种方式来对 学生答题区域进行定位 实际考试中 学生可能采用黑色笔作答 不能像车牌识别一 样通过颜色定位的方法来确定识别区域 同时 由于学生作答习惯不同 如何使用恰 当的算法确定试卷答题区域 并从中提取出需要识别的字母是本课题难题 1 3 3 手写字符识别 字符识别是一种新型的自动化技术 常常应用于车牌识别 路标识别 文档识别等 领域中 而手写字符识别则作为字符识别中的重要研究模块之一 是图像处理与人工 智能相结合的一种技术 在本系统中 如何选择适合应用在智能手机下的手写字符识 别算法来高效地识别出客观题的答案是本课题的重点 1 4本文结构安排 论文共有六个部分 具体结构如下 第1 章 详细阐述了论文的背景 研究意义 国内外研究现状 以及本课题的研 究重点等 引出全文并为后文做铺垫 第2 章 介绍了A n d r o i d 平台下图像处理的相关技术 包括对A n d r o i d 架构的详细 介绍 O p e n C V 库的介绍 A n d r o i d 下O p e n C V 库调用机制 除此之外 在A n d r o i d 架 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 构介绍中 本文主要对四大基本组件进行了阐述 对N D K 的运用以及J N I 调用也进行 了简单介绍 第3 章 引出了自动阅卷系统的整体框架 详细地介绍了框架中的每个步骤以及 相关算法 包括图像的采集 图像的预处理 图像的倾斜校正 表格图像的定位与拆 分 字符图像的识别 最后展示了本系统的运行结果 第4 章 介绍了两种常用的表格图像倾斜校正算法 一种为H o u g h 变换算法 一 种为投影轮廓分析法 H o u g h 变换能准确的检测出直线 但是需要耗费一定的时间 投影轮廓分析法 不需要耗费大量的时间来检测直线 但是需要旋转多次后对旋转前 后的投影峰值以及行间距进行比较 本章最后介绍了旋转图像常用的仿射变换算法 并结合O p e n C V 库进行了详细的介绍 第5 章 介绍了现有的几种表格定位算法 在这些算法的基础上 本文提出了一 种基于区域生长的表格定位算法 该算法对表格外框的确定有较好的适应性 并且对 表格外噪声数据有较强的抗干扰能力 测试表明算法提高了表格定位的精度和阅卷准 确率 第6 章 介绍了字符识别算法 包括字符识别的结构以及字符识别的各种方法 改进了适用于智能手机识别的十三点特征提取算法 将这种特征提取算法与最近邻算 法相结合来进行字符识别 总结和展望 主要对本文的创新点 本文的贡献进行总结 讨论了本文的不足以 及对下一步的研究工作进行展望 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章A n d r o id 平台下图像处理 2 1A n d r oid 架构介绍 2 1 1A n d r o id 系统平台 A n d r o i d 是由开发手机联盟 由G o o g l e 公司组建 所研发的一款基于L i n u x 系统的 开源的手机系统 创始人是A n d yR u b i n 6 1 A n d r o i d 系统包含操作系统 一些关键的应用程序 如G o o g l e M a p 以及中间件 开 发语言采用J a v a 是一组面向移动设备的软件开发包 A n d r o i d 应用程序运行在D a l v i k G o o g l e 专门为A n d r o i d 平台定制的J a v a 虚拟机 虚拟机上 D a l v i k 虚拟机则运行在 L i n u x 内核的上层 同时 G o o g l e 提供了一套基于E c l i p s e 开发平台的工具包供开发 设计人员使用 A n d r o i d 平台的系统架构阳1 主要分为四层 由下往上分别为L i n u x 内核层 系统函 数库层 应用程序框架层和应用程序层 如图2 1 所示 A p p l i c a t i o nd H m e C o n t a c t sl P h n eI B r w s e r A p p l i c a t i o n应 A c t i v i t yM a n a g e rIW i n d o wM a n a g e rIC o n t e n tP r o v i d e r F r a m e w o r k埯 V i e wS y s t e mIN o t i f i c a t i o nM a n a g e rIP a c k a g eM a n a g e r T e l e p h o n yM a n a g e rIR e s o u r c eM a n a g e r S u r f a c eM a n a g e rIM e d i aF r a m e w o r k S Q L i t eIO p e n G LIF r e e T y p elW e b K i t A n d r o i d R u n t i m e L i n u x 2 D i s p l a yD r i v e rIC a m e r aD r i v e rI B l u e t o o t hD r i v e r K e r n e I F l a s hM e mD r i v e rIB i n d e r I P C D r i V e rIP o w e rM a n a g e r K e y p a dD r i v e rIW i F iD r i v e rIA d u i oD i r v e rIU S BD r i v e r 图2 1A n d r o i d 架构图 从图中可以清晰的看出A n d r o i d 平台的四层架构 L i n u x 内核层 A n d r o i d 是基于L i n u x 内核的 这一层目前是基于L i n u x2 6 版本的 这层主要包含L i n u x 内核和相关的驱动程序模块 这层是手机硬件 与软件之间的抽象层 主要功能为进程管理 存储器管理 安全性支持 驱 动程序管理 网络控制和接口控制等 L i b r a r i e s 层 这层提供共享库 A n d r o i d 运行时库 D a l v i k 虚拟机等 这层 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 主要包含两个部分 一部分提供数据存储 多媒体架构 浏览器应用等基本 服务的基础函数库 另一部分则是A n d r o i d 运行时库 D a l v i k 虚拟机 这部 分主要用于模拟J a v a 虚拟机 这层主要采用C 与C 所写 所以可以直接将 它看成是N a t i v e 层 F r a m e w o r k 层 这一层是J a v a 框架结构 为A n d r o i d 平台下J a v a 应用程序开 发搭建高效的开发环境 这一层拥有大量的A P I 以及应用程序编码规则 这 一层大量运用了设计模式与面向对象重构的思想 为J a v a 应用开发人员提供 强大的可复用的开发平台 A p p li c a t i o n 层 这层主要负责与用户直接交互 它主要由J a v a 语言开发 依赖于F r a m e w o r k 层工作 由多个A n d r o id 组件所构成 2 1 2A n d r oid 运行时库 A n d r o i d 应用程序是采用A n d r o i d 运行时库来执行程序的 1 0 1 因此A n d r o i d 运行时 库是A n d r o i dS D K 最重要的组成部分 它主要包含两个部分的内容 分别是A n d r o i d 核心库 C o r eL i b r a r i e s 和D a l v i k 虚拟机 A n d r o i d 核心库 C o r eL i b r a r i e s A n d r o i d 核心库中包含了J a v a 编程语言中所有核心库的功能 它可以被J a v a 应用程序调用来执行一些基本操作 D a l v i k 虚拟机 D a l v i kV i r t u a lM a c h i n e D a l v i k 虚拟机简称D V M 是基于L i n u x 内核设计的 它是基于寄存器的 每 个A n d r o i d 应用程序都有独立的D a l v i k 虚拟机实例 分别运行于不同并且独 立的进程中 D a l v i k 这样设计可以让一个手机设备有效地运行多个虚拟机 D a l v i kV M 已被A n d r o i d 系统优化并占用最小的内存 它最终以D a l v i k E x e c u t a b l e d e x 的格式执行文件 2 1 3 A n d r o id 基本组件介绍 A n d r o i d 应用程序开发 1 1 1 依赖于A n d r o i d 系统的A p p l i c a t i o nF r a m e w o r k 框架 应用 程序开发人员可以方便地调用A p p l i c a t i o nF r a m e w o r k 框架下的基本组件 其基本组件 包括4 种 A c t i v i t y S e r v i c e C o n t e n t P r o v i d e r B r o a d c a s t R e c e i v e r A c t i v i t y A c t i v i t y 是A n d r o i d 的窗体 它是A n d r o i d 应用程序最核心的组件 负责与用户直接进行交互 一个应用程序通常包含多个A c t i v i t y 每个A c t i v i t y 都拥有独立的生命周期 生命周期指A c t i v i t y 在系统下的生存时间 A c t i v i t y 之间也可以通过信使 I n t e n t 进行交互 应用程序的任何时刻都有一个主线 程 而A n d r o i d 中的主线程一般运行着一个与用户正在交互的A c t i v i t y A c t i v i t y 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 作为四大组件中最核心的组件 其生命周期有多种状态 如图2 2 所示 这些 状态是由系统的回调函数触发而进入的 图2 2A c t i v i t y 生命周期 A c t i v i t y 入口是o n C r e a t e 0 函数 它在A c t i v i t y 开始创建时进行回调 用于在其 中定义一些初始化操作 o n S t a r t 0 方法在创建函数o n C r e a t e 0 方法之后进行回 调 这个方法在A c t i v i t y 开始被执行时调用 代表A c t i v i t y 开始运行 o n S t a r t 方法调用后回调o n R e s u m e 0 函数 这个方法很常用 每当用户获得应用程序 焦点时回调 o n R e s u m e 0 回调表明A c t i v i t y 获得焦点并开始真正的运行 在 A c t i v i t y 正在运行时如果另一个A c t i v i t y 获得焦点 得到更高的运行优先级 这时将调用先前运行的A c t i v i t y 的o n P a u s e 0 方法 由于有更高的运行任务 先 前的A c t i v i t y 被暂停了 这个时候若A n d r o i d 系统的内存不够 先前的A c t i v i t y 的进程可能被系统杀死 当下次我们再运行先前的A c t i v i t y 时就需要重新创建 这个A c t i v i t y 了 那就需要重新调用o n C r e a t e 0 方法 如果在这个A c t i v i t y 没 有被杀死 这时重新调用第一个A c t i v i t y 则会直接调用它的o n R e s u m e 0 方法 后开始运行 如果先前A c t i v i t y 一直没有得到再次运行机会 就会调用o n S t o p 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 后被停止运行 这时如果A c t i v i t y 又获得用户输入焦点 就会调用o n R e s t a r t 0 方法 重新开始执行这个A c t i v i t y 否则调用o n D e s t r o y 方法销毁整个A c t i v i t y 并且回收内存 S e r v i c e S e r v i c e 在A n d r o i d 应用程序中并没有直接与用户交互 它作为后台 处理的组件 常常与A c t i v i t y 拥有同样重要的地位 它具有较高的组件重要级 别 当退出应用程序时 它也可以继续运行于操作系统服务中 它的功能是为 A c t i v i t y 提供后台支持 如数据库操作 后台音乐运行程序等 C o n t e n t P r o v i d e r A n d r o i d 应用程序相互之间是独立开来的 它们分别运行于 不同的进程中 所以在A n d r o i d 系统中 需要一种简洁方式来实现数据的共享 与进程间数据的传播 而C o n t e n t P r o v i d e r 正是应用程序间的信使 它用于实 现应用程序中数据的共享与传播 如手机电话簿中的联系人姓名电话等信息 都可以通过C o n t e n t P r o v i d e r 共享给其他应用程序 B r o a d c a s t R e c e i v e r B r o a d c a s t R e i c e i v e r 是广播接收器 在A n d r o i d 应用程序中 操作系统或其他一些应用程序的组件常常都会发送广播 B r o a d c a s t 而 B r o a d c a s t R e c e i v e r 组件就是对广播进行应答 它的生命周期很短 不宜做太多 操作 若需要进行一系列耗时的操作 B r o a d c a s t R e c e i v e r 可以将操作放在它新 创建S e r v i c e 当中进行 一个A n d r o i d 应用程序通常由一个或多个组件构成 比较大型的应用程序则包含 以上全部的四个组件1 1 2 1 3 1 四个组件中 A c t i v i t y 是应用程序最常见的组件 它主要负 责直接与用户交互 S e r v i c e 的职责是完成应用程序后台的操作 它也是应用程序不可 缺少的部分 B r o a d c a s t R e c e i v e r 用于接收广播 来触发特定的操作 而C o n t e n t P r o v i d e r 则为其他应用程序进程提供本进程的数据信息 组件与组件并不是独立存在 它们之 间可以通过I n t e n t 通信f 心 I n t e n t 是A n d r o i d 应用程序组件之间的信使 它负责封装组 件所需携带的信息并进行传播 2 2O p e n C V 库 O p e n C V 1 4 O p e nS o u r c eC o m p u t e rV i s i o nL i b r a r y 是由C 函数和C 类构成的 适用于计算机图像处理的完全免费的开源视觉库 由俄罗斯的英特尔公司所研发 它 主要包含一些基础的数字图像处理以及常用的多媒体技术算法 O p e n C V 可以运行在 W i n d o w s L i n u x M a cO S 和A n d r o i d 等操作系统上 同时为P y t h o n R u b y 和M A T L A B 等语言提供了接口 目前 O p e n C V 主要用于图像的高级处理 比如特征检测与跟踪 运动分析 目标分割与识别以及一维重建等 虽然O p e n C V 已经经过了很多年的研发 其中的算法经过了大量的实验研究和验证 但是由于多媒体技术与图像处理领域的特殊性 并没有一种适应于所有场合万能的图 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 像处理算法 O p e n C V 中提供了一种场合的多种实现算法 用户可以根据实际情况而选 择所需要的图像处理算法 2 2 1O p e n C V 的主要模块 O p e n C V 主要分为五个模块 其中四个主要功能模块如图2 3 所示 除此之外 还 包含C v A u x 模块 这是一个垃圾回收模块 一些可能被弃用的图像处理算法和一些新 出现的还在研究中的算法被放在这个模块当中 这些算法根据需求 未来可能会归并 到C V 模块中 或者永远保存在C v A u x 模块当中 c V lI M L L IIH i g h G U l 图像处理和视觉算法Il 统计分类器 图像和视频的输入输出 C X C O R E 基本结构和算法 X M L 支持 绘图函数 图2 3 0 p e n C V 的四个主题模块 O p e n C V 现已官方支持在A n d r o i d 环境下的开发 O p e n C V 2 2 源文件包中包含一个 A n d r o i d 文件夹 在此文件夹中包括一些官方提供的编译文件利用N D K 借助这此编译文 件对O p e n C V 源码进行编译 就可生成适用于在A n d r o i d 环境下运行的静态库 2 2 2 O p e n C VM a n a g e r O p e n C V 2 2 以及以上版本 采用O p e n C VM a n a g e r n 5 1 来管理A n d r o i d 下O p e n C V 库 O p e n C VM a n a g e r 是一个运行于A n d r o i d 下的服务 它用于管理用户终端下的O p e n C V 二进 制库 多个同设备下的应用程序通过它来共享O p e n C V 动态库 O p e n C VM a n a g e r 有以下 几个好处 需要较少的内存 所有的应用共享同一个服务下的二进制库而不必每个应用各 自持有一个单独的库 对所有支持的平台进行了加速和优化 可靠的O p e n C V 库源代码 所有的O p e n C V 包都被发布在G o o g l eP l a y 上 定期的升级与漏洞修复 2 3A n d r oid 下调用O p e n O V 库 2 3 1N a tiv e 层与J 调用 A n d r o i d 系统最大的特点就是搭建了一个被广大J a v a 开发人员热捧的J a v a 框架 西南交通大学硕士研究生学位论文 第10 页 但这个世界并不是空中楼阁 它的运转依赖于被系统隐藏的N a t i v e 世界 N a t i v e 层 6 1 7 1 是由C 与C 编写的函数 J a v a 虚拟机也正是由N a t i v e 语言所写 而N a t i v e 屏蔽了 不同操作系统的实现细节 如图2 4 所示 图2 4A n d r o i d 中J a v a 与N a t i v e 交互图 从图中可以得到以下几点 J a v a 虽然具有与平台无关的特性 但J a v a 与具体平台之间的通信却是由J N I 层实现的 J a v a 是通过J N I 层调用L i n u xO S 中的系统调用来完成对应的一些 系统功能的 操作系统之上 除了J a v a 层外 还有核心的N a t i v e 层 它为操作系统的基本 功能提供了有力的支持 般而言 J a v a 层是由J N I 层通过I P C 方式与N a t i v e 层交互 O p e n C V 采用C 与C 编写 所以可以采用如同调用N a t i v e 层函数的方式用J N I 进行调用 2 3 2 A n d r o id 平台O p e n O V 调用 A n d r o i d 系统下调用由C C 代码 也称为N a t i v e 代码 所编写O p e n C V 库 需要 A n d r o i dN D K 工具n 8 3 的支持 A n d r o i dN D K 可以对O p e n C V 库的J N I 代码进行编译 并 嵌入到A n d r o i d 应用程序中 具体实现过程分为两个步骤n 9 1 通过J N I 与O p e n C V 接口编写本地C C 代码 本课题中这部分主要进行客观题 答题卷的答题栏图像识别 运用A n d r o i dN D K 对其进行编译生成动态库S O 文件 该文 件可以被J a v a 代码直接调用 2 运用J a v a 代码编写用于调用步骤1 中编译生成的库 同时编写与用户交互的 A n d r o i d 应用程序界面 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 程序框架如图2 5 所示 图2 5 A n d r o i dFO p e n C V 调用图 2 3 3动态管理O p e n O V 库 A n d r o i d 系统下实现基于O p e n C V 的客观题自动评分需要A n d r o i dO p e n C VM a n a g e r A O M 的支持 A O M 是用于管理用户终端O p e n C V 库的服务 它可以让多个应用程序共 享一个动态的O p e n C V 库 因此阅卷系统调用O p e