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計算機視覺教程范文1
【關鍵詞】視覺傳達專業；教學改革；圖像處理軟件
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1007-0125（2015）12-0202-01
PhotoShop圖像處理軟件（簡稱PS）作為視覺傳達專業的基礎課程，要求學生熟練掌握每一個工具操作。所以，作為教師應當仔細研究工具的含義、命令的操作使用，同時也應結合社會人才發展需求，采用實際案例與課程相結合，讓學生學習不至于過于老套。
一、現今教學課程分析
（一）課程設置不合理。學生接觸PS時，基本都在大二階段，剛剛開始擁有自己的電腦，對電腦的相關性能、使用方式不太熟練，老師開始只講授相對簡單的命令，加上一些命令操作需要時間去記住，在繪制一些圖像時可能處理不十分到位。
（二）實際操作環節少。PS軟件在很多設計領域中被廣泛使用，伴隨軟件自身的不斷更新，也增添更多新的功能，使軟件本身更加人性化。學生在大學之前幾乎沒有接觸相對專業的圖像處理軟件，因此對軟件掌握及熟練程度存在差異性，以至于后期的專業能力提高也各不相同。
（三）教學方法陳舊。以往的PS軟件教學，是教師按照選定教材的內容與章節，按步驟講述，從基本理論概述到定義，逐步演示，教師在講授命令之后讓學生上機操作習題練習。這樣，會讓學生脫離社會實踐，單一模式的習題會讓學生失去學習興趣，只會按照教師講授去操作，不會利用所學工具，發揮主觀思維活動，思維創意更無從講起。
二、教學改革的方法
（二）注重專業基礎與課程緊密結合。PS課是視覺傳達專業的基礎課程，也是學生學習軟件的重要工具，對于以后學習其他圖像處理軟件的提升有舉足輕重的作用。學生需要掌握軟件的相關操作方法，結合社會實踐，才能更好地將圖像處理得更加符合實際需要，同時PS軟件也與其他專業課程緊密聯系，如書籍裝幀設計，招貼設計。對于后期的學習，將PS作為“第三只手”服務于創意思維極為重要，在專業課程中，利用對這些相關軟件的掌握程度，學生可以創作出有設計理念的藝術作品。因此，要有針對性的安排PS課程，讓基礎專業課與專業課程做上下融合的講授，讓學生明白，軟件操作學習的必要性和重要性，對視覺傳達專業有更新更深刻的認識與了解。
（二）探索新的教學方法。第一，教師應當掌握學生認識新事物的規律，采用階段式的教學方法，常規的PS課程教授方法都是對每個工作操作步驟講述，禁錮了學生對工具的發散性使用，不利于學生對軟件的操作方法的掌握。教師應當要遵循先易后難的認識規律，將PS的教學內容安排重新調整，分成基本操作、應用操作，綜合操作三個部分，層層遞進，由淺至深逐一講解，讓學生體會到每個工具的基本使用性和實踐操作性的區別。第二，針對視覺傳達專業的社會市場需求為主體教學任務，教師應在三個組成部分上探究哪個部分最為重要，因為PS作為本專業的核心軟件，涉及到多門課程的圖像處理，如版式設計的布局安排要應用PS做最終修訂，包裝設計的表現元素需要PS的特殊處理，書籍編排的軟件需要學習等等。可見PS課程是整個專業的重要課程。第三，應采用實際與案例相結合的方式講解工具的使用。以往大都是講授書中的列子，這樣學生不能進行現實的實際操作，因此，教師應該挑選社會單位正在設計應用的案例作為講解內容，把每個相關的命令融合在一個案例講解，使得工具與工具之間產生聯系，培養學生的邏輯思維，加強學生的認識，提高學生的學習興趣。
三、教學模式新的探究
在教學模式下，將真實案例融入教學內容中，培養學生的動手操作能力，科學合理地設計教學項目，以項目引導教學使學生的操作能力得到提高。
第一，理論教學與演示，教師可以結合企業案例進行相關知識點的講解，引導學生對案例的分析，獲取相關的知識點和了解容易出現問題的地方，讓學生明確課程中需要掌握的能力目標和知識目標，激發學生的學習熱情。第二，動手操作。教師講解演示后，學生上機操作，在已經學到的工具使用方法上由淺至深，單獨完成設計效果圖的設計，也會對后期的材料有深刻地認識。第三，模擬實踐，學生在完成之前的步驟上安排一個仿真的設計項目，提升學生的綜合實踐能力。
四、結束語
如今的信息時代飛速發展，教師要培養多方面人才，就要嘗試新的教學模式，優化教學方法，引導學生走向社會的職業之路，成為有特色的、高質量的藝術人才。
參考文獻：
[1]朱曉麗，高職建筑識圖與CAD課程改革探索與實踐[J].濟源職業技術學院學報，2013（4）.
計算機視覺教程范文2
一、計算機視覺檢測技術含義
計算機的視覺又叫做機器視覺，通過利用計算機或者是其他的一些機械設備來幫助人們視線事物到圖片的過程，從而進行三維世界的感知活動。計算機的快速發展，離不開神經心理學，心理學和認知科學方面的研究和發展，計算機視覺檢測技術的發展方向就是對周圍的三維空間進行感知和分析。一旦能夠擁有這種能力，計算機不僅能感知到周圍的總體環境，而且，還能夠具有對物體進行描述，識別理解和儲存的能力。
二、計算機視覺檢測的基本原理
要實現人工智能對視覺的計算機處理是很重要的方面在計算機視覺應用領域中如果要讓我們的計算機明白圖像的信息就必須經過一系列的處理過程―――數字圖像處理.數字圖像的處理包括5個步驟：圖像預處理（去除噪聲）、分割處理分割后區域、測量、圖像判讀、圖像技術.根據抽象程度和處理方法的不同圖像技術可分為三個層次：圖像處理、圖像分析和圖像理解.這三個層次的有機結合也稱為圖像工程.而計算機視覺（Computer vision）則是用計算機實現人的視覺功能對客觀世界三維場景的感知、識別和理解.視覺檢測按其所處理的數據類型又大致可分為二值圖像、灰度圖像、彩色圖像和深度圖像的視覺檢測.另外還有X射線檢測、超聲波檢測和紅外線檢測。
作為新興檢測技術計算機視覺檢測充分利用了計算機視覺研究成果采用像傳感器來實現對被測物體的尺寸及空間位置的三維測量能較好地滿足現代制造業的發展需求.與一般意義上的圖像處理相比計算機視覺檢測更強調精度、速度和無損性以及工業現場環境下的可靠性.例如基于三角法的主動視覺測量理具有抗干擾能力強、效率高、精度合適等優點非常適合制造業生產現場的在線、非接觸產品檢測及生產監控.對人類視覺感知能力的計算機模擬促進了計算機視覺技術的產生和發展制造業上獲取這些信息的目的有：（1）計算出觀察點到目標物體的距離；（2）得出觀察點到目標物體的運動參數；（3）甚至可以判斷出目標物體的內部特性；（4）推斷出目標物體的表面特征有時要求形成立體視覺。
三、亞像素檢測技術
隨著工業檢測等應用對精度要求的不斷提高，像素級精度已經不能滿足實際檢測的要求，因此需要更高精度的邊緣提取算法，即亞像素算法。亞像素級精度的算法是在經典算法的基礎上發展起來的，這些算法一般需要先用經典算法找出邊緣像素的位置，然后使用周圍像素的灰度值作為判斷的補充信息，利用插值、擬合等方法，使邊緣定位于更加精確的位置?，F在的亞像素提取算法很多，如重心法、概率論法、解調測量法、多項式插值法、濾波重建法、矩法等。由于這些算法的精度、抗噪聲能力和運算量各不相同，他們的應用場合也是各不相同的。
邊緣是圖像的基本特征，所謂邊緣是指圖像中灰度存在階躍或尖頂狀變化的像素的集合，邊緣廣泛存在于物體與物體、物體與背景之間。圖像測量是通過處理被測物體圖像中的邊緣而獲得物體的幾何參數的過程，邊緣的定位精度直接影響最終的測量結果。因此，圖像邊緣提取方法是檢測的基礎和關鍵之一。在視覺測量領域中，早期使用的都是像素級邊緣檢測方法，例如常用的梯度算子、Lapacian算子和門式算子等。以上的邊緣檢測方法的精度可以達到像素級精度，即可以判斷出邊緣位于某個像素內，但不能確定邊緣在該像素內的更精確的位置。如果一個像素對應的實際長度較大，就會產生較大的誤差，傳統的整像素邊緣檢測方法就不再適用。
四、計算機視覺檢測技術在機加工零件檢測中的應用要素與過程
（一）曲陣CCD相機
面陣CCD是本項目圖像采集系統中的主要設備之一，其主要功能是采集實驗圖像。該CCD相機主要由CCD感光芯片、驅動電路、信號處理路、電子接口電路和光學機械接口等構成。
（二）工業定焦鏡頭
在圖像測量系統中，鏡頭的主要作用是將目標聚焦在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質量直接影響到圖像測量系統的整體性能，合理選擇并安裝光學鏡頭是圖像測量系統設計的重要環節。
（三）數字圖像采集卡
隨著數字信號處理技術和嵌入式處理器技術在圖像采集卡中的應用，使得圖像采集卡向高速度、多功能和模塊化方向不斷發展。這類圖像采集卡不僅具有高速圖像采集功能，同時還具備部分圖像處理功能，因此又可以稱之為圖像處理卡。
（四）標定板
為提高測量精度，需要進行攝像機標定。標定過程中，采用NANO公司的CBC75mm}.0型高精度標定板，外形尺寸為75mmx75mmx3.0mm，圖形為棋盤格，其尺寸為2.0mmx2.0mm，精度為1級，即圖形尺寸精度與圖形位置精度為。
（五）背光源
背光方式只顯示不透明物體的輪廓，所以這種方式用于被測物需要的信息可以從其輪廓得到的場合。因此，為精確提取軸的圖像中的邊緣特征，需采用背光源。為使圖像邊緣更銳利，光源顏色選擇紅色。
五、結語
隨著計算機技術和光電技術的發展，已經出現了一種新的檢測技術―基于計算機視覺的檢測技術，利用CCD攝像機作為圖像傳感器，綜合運用圖像處理等技術進行非接觸測量的方法，被廣泛地應用于零件尺寸的精密測量中。本文以面陣CCD為傳感器，研究了零件在線測量的方法，實現了零件尺寸的圖像邊緣亞像素定位測量，對面陣CCD在高精度測量方面的應用作了進一步的探索和研究，為面陣CCD在復雜零件尺寸高精度測量的實現打下了基礎。
【參考文獻】
計算機視覺教程范文3
關鍵詞 火焰；視頻識別；OpenCV；自動報警
中圖分類號X959 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）79-0206-02
0 引言
火災是人類不容忽視的最嚴重災難之一。通常情況下，火災探測技術如感煙探測器、感溫探測器等主要是基于傳感器檢測技術設計的。但在大空間場所受其跨度大、空間高的特點影響，對火災初期產生的熱量和煙霧觸發報警器造成很大難度。隨著安防監控科技的不斷發展，火災的視頻探測成為可能，并且該技術能有效克服傳統探測技術在高大空間等場合靈敏度下降的缺點，具有響應快，探測及時，信息豐富直觀的優點。
1 火災視頻探測技術
火災視頻識別即通過計算機硬件或數碼感光元器件對火災發生前期的火焰等視頻進行圖像采集和預處理，并由計算機終端通過模式識別的方法判斷監控畫面中是否存在火焰或者煙氣等與火災相關的事物?；趫D像處理的火災監控方法利用了火災剛剛發生的短時間內火焰或煙氣的圖像在顏色、形狀、位置、面積等隨時間變化的特性，從含有背景噪音的圖像序列中正確識別相關信息，達到火災監測的目的。
圖1 中描述了火災視頻識別系統的硬件組成，首先通過圖像收錄設備攝像機B對監控現場A進行圖像采集，然后通過圖像采集卡C獲取視頻圖像信息并將其進行存儲，將圖像信息傳輸給計算機D，計算機系統主要通過計算機軟件對圖像信息進行處理、識別，判斷圖像信息是否屬于火災，如果屬于火災，報警器E則會進行報警提示。
2 VC++ 6.0和OpenCV 簡介
VC++ 6.0即Visual C++ Microsoft公司開發的一種具有高度綜合性能的軟件開發工具。用它開發出的程序具有運行速度快、可移值能力強等優點，在對數字圖象進行處理時經常是采用Visua C++進行編程。
開放源代碼的計算機視覺類庫OpenCV （Intel Open Source Computer Vision Library ）由英特爾公司開發， 它是一套可免費獲得的由一些C 函數和C ++類所組成的庫， 用來實現一些常用的圖像處理及計算機視覺算法。采用OpenCV實現火災視頻識別可以很好的體現OpenCV運行速度快、穩定、跨平臺、接口靈活、交互性強、易于產品化等特點。針對火災的圖像處理的如圖像分割、特征提取、圖像濾波、圖像識別等技術及其相應算法目前也較成熟。
3 基于OpenCV的火災視頻識別系統
如圖2為基于OpenCV的火災視頻識別系統框圖，分為火焰圖像獲取系統、圖像識別系統、火災報警聯動系統?；鹧鎴D像獲取系統主要通過攝像機的光敏器件CCD，將外界影像的光信號轉變為數字圖像信號。然后，進入主要由計算機軟件組成的圖像識別系統進行圖像采集、預處理、特征提取及圖像識別。圖像預處理即過程采用中值濾波方法抑制或消除噪聲而改善圖像質量的平滑過程。
4 火災火焰的圖像特征分析
在火災發生發展階段，對火災現場的視頻識別主要是基于火焰圖像的基本特性來實現的?；馂氖且环N失去控制的燃燒，初期火災的火焰是從無到有是非固定的，不同發展階段火焰的面積、形狀、尖角、顏色、頻閃等都存在一些視覺特征。
1）面積變化：早期火災是著火后火災不斷發展的過程。在這個階段，火災火焰的面積呈現連續的、擴展性的增加趨勢。在圖像處理中，面積是通過取閾值后統計圖像的亮點（灰度值大于閾值）數實現的。當其它高溫物體向著攝像頭移動或者從視野外移入時，探測到的目標面積也會逐漸增大，容易造成干擾。因此，面積判據需要配合其它圖像特性使用；
2）邊緣變化：早期火災火焰的邊緣變化有一定的規律，同其它的高溫物體及穩定火焰的邊緣變化不同。精確的方法是用邊緣檢測和邊緣搜索算法將邊緣提取出來，根據邊緣的形狀、曲率等特性對邊緣進行編碼，再根據編碼提取邊緣的特征量。利用這些特征量在早期火災階段的變化規律進行火災判別；
3）形體變化：早期火災火焰的形體變化反映了火焰在空間分布的變化。在早期火災階段，火焰的形狀變化、空間取向變化、火焰的抖動以及火焰的分合等，具有自己獨特的變化規律；
4）閃動規律：火焰的閃動規律，即亮度在空間的分布隨時間變化的規律，火焰在燃燒過程中會按某種頻率閃爍。在數字圖像中就是灰度級直方圖隨時間的變化規律。
5 視頻序列的運動檢測
視頻監控場景中多數物體在固定攝像機下所采集的視頻序列是靜止的，但火焰呈現的則是運動特性。
視頻監控中的運動檢測就是在視頻序列中不斷發現并提取運動目標，實時跟蹤它們并計算出其軌跡，為下一步特征分析等提供數據。
目前，目標檢測和提取算法分為幀間差法、背景差法、高斯模型法及光流法等。
運用OpencCV函數對火焰圖像進行灰度化處理，主要函數：gray=cvCreateImag（cvGetSize（m_image），8，1）；cvCvColor（m_image，gray，CV_BGR2GRAY）效果如圖3。
進行二值化處理，加快處理速度并能將火焰與背景分開，主要函數：cvThreshold（gray，gray，0，255，CV_THRESH_OTSU） 效果如圖4。
運用canny算法進行邊緣檢測，突出紋理信息，主要函數：cvCanny（gray， edge，（float）edge_thresh，（float）edge_thresh*3， 3） 效果如圖5。
6 結論
通過對實驗火焰視頻圖像的采集，運用OpenCV庫函數對圖像進行灰度化處理、二值化處理以及火焰的邊緣檢測，驗證了OpenCV庫函數在火焰圖像預處理、特征提取及邊緣檢測上的可行性和準確性，為后期判定火焰的存在打下良好基礎。
參考文獻
[1]劉瑞禎，于仕琪.OpenCV教程—基礎篇[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.
計算機視覺教程范文4
關鍵詞：OpenCV；DMD；VC++6.0；視頻播放程序；USB
中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）34-8283-02
DMD （Digital Micromirror Device）[1-3]視頻播放程序開發工作量很大，它需要將普通視頻格式數據進行讀取和處理操作。將每一幀數據轉換成DMD播放所需要的1024*768的8位深度的灰度圖像。如果視頻幀的讀取、拉伸變換、灰度轉換等程序都自己親手從底層去編寫，將會浪費大量時間和精力。OpenCV[4-8]提供了非常豐富的開源圖像處理函數，在VC++6.0 編譯環境下裝載OpenCV圖像處理算法庫，為機器視覺、數字圖像處理提供了極大的便利。
因此，該文提出了一種基于OpenCV的視頻播放程序開發的方法，通過調用OpenCV函數庫中的圖像處理函數實現視頻數據的一系列操作，縮短開發時間，提高科研工作效率。給出了DMD視頻播放程序開發實例，可以對任意格式AVI視頻數據實現讀取與圖像處理操作，最終實現DMD與操作程序界面同步播放。
1 系統功能需求
1.1視頻播放程序功能需求
視頻播放程序功能需求主要如下：
1） AVI視頻載入，選擇計算機上的AVI視頻載入到播放程序中；
2） 設置播放速度，即幀率，可以實時的控制視頻的播放速度；
3） 視頻播放的基本操作主要包括播放、停止與暫停；
4） 視頻USB通信狀態顯示，以便觀測視頻是否成功發送至DMD播放器。
1.2視頻播放程序工作流程
該DMD視頻播放軟件主要工作流程是：用戶載入計算機中的AVI格式視頻，讀取視頻的基本信息（主要是幀數），抽取需要播放的視頻幀圖像；先進行線性拉伸變換轉，將其換成1027*768大小的圖像，再將其轉換成8為灰度圖像；將設置播放速度，通過USB將該圖像數據傳送至DMD供其播放，同時將該幀圖像顯示到程序主界面的圖像控件中，實現視頻的同步播放。其基本操作流程圖如圖1所示。
2 視頻播放程序開發實例
開發環境：Windows XP Microsoft Visual C++ 6.0 OpenCV 2.0
在VC++ 6.0中創建基于對話框的MFC AppWizard（exe）工程，程序主界面如圖2所示。
1） 視頻播放與圖像顯示區域：顯示播放的視頻、圖像；
2） AVI播放控制：
① 點擊“打開”按鈕，彈出打開文件對話框，選擇要播放AVI視頻文件；
② 點擊“播放”按鈕開始播放視頻。點擊“暫?！卑粹o可以暫停播放，停止在當前幀。再次點擊“播放”按鈕繼續播放。點擊“停止”按鈕，停止播放，并回到視頻第一幀；
③ 滑動滑塊可以實時調節播放速度（15～25幀/秒）；
3） 狀態顯示：顯示系統工作狀態；
① USB連接測試時，顯示是否連接成功；
② 播放視頻時，顯示每一幀圖像是否發送成功；
③ 播放圖片時，顯示圖片是否播放成功。
4） USB控制：USB連接測試、播放圖片、清空顯示、退出程序操作。
主要操作實現代碼如下：
① 打開AVI視頻操作：打開對話框查找計算機中AVI視頻文件
② 抽取播放幀圖像信息：
③ 幀圖像處理：將圖像轉換成8位1024*768大小灰度圖像
④ 操作界面視頻播放
⑤ USB傳送1024*768的8位灰度圖像至DMD播放
調用系統函數bOpenDriver （…）建立程序與DMD播放器的連接；通過DeviceIoControl（…）函數實現將圖像數據發送至DMD播放。
3 總結
本文介紹了基于OpenCV的DMD視頻播放程序開發實例，實現了AVI視頻數據的讀取、處理與實時播放。利用OpenCV中的函數使得視頻數據讀取、處理、播放問題變得簡單，大大節省了程序開發時間，具有很強的實用價值。
參考文獻：
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[2] 余卿，余曉芬，崔長彩.單光源雙光路激光并行共焦測量系統設計[J].光學精密工程，2013，21（2）：281-286.
[3] 徐正平，王德江，黃厚田，等.數字微鏡器件視頻顯示性能分析[J].液晶與顯示，2013，28（2）：255-260.
[4] 陳勝勇，劉盛等.基于OpenCV的計算機視覺技術實現[M].北京：科學技術出版社，2008.
[5] 劉瑞禎，于仕琪.OpenCV教程：基礎篇[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.
[6] 馬桂珍，朱玲贊，段麗.基于OpenCV的視頻應用程序的開發方法[J].現代電子技術，2007（2）：65-88.
計算機視覺教程范文5
關鍵詞:人工智能;專家系統;ARM;單片機
人工智能(AI)[1]是計算機科學的重要分支,是計算機科學與技術專業的核心課程之一。本課程在介紹人工智能的基本概念、基本方法的基礎上,主要是研究如何用計算機來模擬人類智能,即如何用計算機實現諸如問題求解、規劃推理、模式識別、知識工程、自然語言處理、機器學習等只有人類才具備的“智能”,本課程重點闡明這些方法的一般性原理和基本思想,使得計算機更好得為人類服務。
1人工智能課程體系
人工智能主要研究傳統人工智能的知識表示方法,包括狀態空間法、問題歸約法謂詞邏輯法、語義網絡法、框架表示、劇本表示等;搜索推理技術主要包括盲目搜索、啟發式搜索、消解原理、規則演繹算法和產生式系統等。
人工智能的研究論題包括計算機視覺、規劃與行動、多Agent系統、語音識別、自動語言理解、專家系統和機器學習等。這些研究論題的基礎是通用和專用的知識表示和推理機制、問題求解和搜索算法,以及計算智能技術等。
人工智能課程在我校計算機科學與工程學院是作為大三年級的一門專業選修課開設,總共學時數為:60(其中理論學時為36,實驗學時為24),隨著計算機技術的不斷更新發展,人工智能的應用領域變得越來越廣,因此人工智能(AI)這個學科已不再陌生,很多學生對其充滿興趣,所以在選課人數上遠遠超過其他選修課的人數,另外結合我校的實際情況,部分理論或實驗設計項目可以與其他相關專業結合起來而應用。
2人工智能教學實踐
50多年以來,人工智能獲得很大的發展,已經引起眾多學科和不同專業背景學者們的日益重視,成為一門廣泛的交叉和前沿科學,但是到目前為止人工智能至今仍尚無統一的定義,要給人工智能下一個準確、科學和嚴謹的定義也是困難的。
由于人工智能[2]是一門交叉性的學科,涉及到了控制論、語言學、信息論、神經生理學、心理學、數學、哲學等許多學科。所以該學科具有知識點多、涉及面廣、內容抽象、不易理解、理論性強、需要較好的數學基礎和較強的邏輯思維能力等特點,導致了在教學過程中老師講得吃力、學生聽得吃力。盡管在多年的教學過程中積累了一些經驗,但是對于如何把握這門課程的特點,提高學生的學習興趣,幫助學生更好的理解這門課程,目前仍然有很多問題需要研究解決。
目前在整個教學過程中存在的主要問題[3]是:
1) 教學內容陳舊,部分參考書相關內容或案例都過于陳舊。在整個教學過程中,多數教學案例涉及到人工智能理論的高級應用――機器人,目前在國際及國內機器人的水平已經達到相當高的水平,但是部分教科書中仍沿用關節型機器人為例,教學內容稍顯陳舊。
2) 教材難易程度不均勻,部分章節學生難以理解。由于人工智能課程的部分章節,本身就可以獨立成一門課程,但由于是面向本科生的內容,因此很多內容壓縮于一章來講解,同時由于課時所限,完全不能將相關的內容講透講通;例如:神經計算中的神經網絡,與模糊邏輯控制的相關理論與應用。
3) 教學手段單一,教學過程中缺乏師生之間的溝通與交流。經過自己的實踐教學及對兄弟院校的人工智能的教學內容與教學手段的調研,同時也在學生之間進行溝通交流,發現多數同學反映,理論與應用雖然前沿,但是在學習過程中,教師教學手段單一,內容枯燥乏味,一般的教學模式,多采用“老師講,學生聽”的方法,整個教學效果并不理想。
4) 考核方法不科學,不能體現學生實際的學習情況。目前對于課程學習的考核采用閉卷考試的方式,很多考點有的同學根本不理解,完全死記硬背,考后又將內容丟棄,從學習的效果來講,收獲甚微且完全沒有達到真正學習及應用的能力。
3教學方法改進
3.1注重激發學生的學習興趣
科學家愛因斯坦曾說過:“興趣是最好的老師?！比绾卧诮虒W工作中激發和培養學生的學習興趣,提高他們學習的主動性和積極性是當前教學改革中迫切需要解決的重要問題。
在實際的課堂教學中發現,剛開始聽課由于有興趣學生整體學習的積極性很高,但是一段時間過后發現部分學生由于教學內容抽象,難點比較多,不便于理解,興趣日漸變少,針對此種情況,可以采用任務驅動式教學或案例教學。
例如:在講專家系統章節時,在授課之前先通過互聯網,采取案例教學法,給學生們實時在線演示一個醫療專家診斷系統,演示其中的功能,同時與學生互動,以問答式與學生互動,了解目前專家系統的具體應用、可以解決的問題、給人民生活帶來的益處等。通過這種教學的形式,一方面可以激發學生的學習興趣;另一方面也使同學們體會到人工智能與我們生活的貼近程度。第二步,采用任務驅動法,具體來說,它是指教學全過程中,以醫療專家診斷系統若干個具體任務為中心,通過完成任務的過程,介紹和學習基本知識和具體設計方法。
3.2注重教材選擇
這一任務的執行者主要是由教研室主任或任課老師來完成。目前在各高校中所使用的人工智能相關教材的種類繁多,章節和內容的設置上也存在差別。筆者在訂閱教材或參加教材展銷的活動中,都比較重視人工智能教材的情況,通過比較發現,有的教材內容及難度太低,完全不符合高等本科院校的要求,而部分出版社的教材則是內容及章節安排內容太多太泛,有些知識點講的又過于深奧,限于學時所限也不適合選用。在選教材方面,除了關注內容方面外,還要注重書上所講的一些實例,注重這些例子的典型性、時效性及新穎性,例如,部分教材在自動規劃這一章,選用機械手作為例子來說明積木世界的機器人規劃問題,還有一些選擇關節機器人,前些年這樣的機器人技術確實是個難點,但是依據現在成熟的機器人技術,無論是國際還是國內都已不再是技術難點,再拿這個例子去配合理論去講解,無論內容還是形式都稍顯陳舊,目前機器人技術發展水平基本上達到盡可能高仿真狀態。
3.3運用現代化的多媒體教學手段
針對人工智能課程相關內容比較抽象,公式推導比較繁瑣,除了具有完善的教學大綱、合理的教學計劃以及好的教材外,還應該根據學校的實際硬件條件盡可能地選擇多媒體教學手段來輔助教學。因此在實踐教學中,配合教學內容,充分利用計算機、投影儀以及互聯網的優勢,結合多種教學方法與手段組織整個教學過程。例如:在講述搜索推理技術時,使用一些小的演示軟件,將相關推理技術的理論通過動畫的形式一步一步演示出來;在講專家系統相關理論知識時,尤其是各種類型的專家系統,采用互聯網上的一些在線視頻資源為例,給同學進行詳細講解,同時結合農業院校的特點,在線資源有如農業專家系統或動物專家診斷系統等,這樣學生可以加強對理論知識的理解,同時也體會到理論不再是抽象空洞的文字描述;在自動規劃這一章,給同學們選擇演示發達國家目前研制的各種類型機器人,通過這些形象生動、行為舉止逼近真實人的機器人來給學生講理論,這樣學生通過觀看視頻資源,不僅可以拓寬知識面及視野,同時也可以及時地了解國際及國內機器人的發展水平及差距,不斷更正自己的錯誤觀點并更新自己新的專業認識,另一個方面也可以同時激發學生們的學習熱情和積極性,這一點在課堂實踐教學中得到驗證,得到廣大同學的認可和接受,整個教學課堂不再那么單調枯燥呆板了,基本可以達到在娛樂中傳授專業知識。
3.4加強對實驗教學的重視
目前高校在人工智能的教學過程中,實驗所占的學時比較少,有的甚至就不安排實驗課學時;另外實驗內容也相對比較簡單,應用不到理論課堂上所學到的人工智能原理,實驗效果不是很好。面向人工智能課程的程序設計語言,多采用Prolog程序設計語言,該語言是一種基于一階謂詞的邏輯程序設計語言,它在AI和知識庫的實現技術方面具有十分重要的作用,具有表達力強、表示方便、便于理解、語法簡單等優點。但在整個實驗教學環境也遇到了如下問題:首先是目前有關人工智能的專門配套實驗教程很少;其次是即使有諸如《面向人工智能程序設計Prolog》教程,則主要是側重介紹這門自然語言的程序設計,而其中很多部分與AI實驗環節關聯度不大,另外教材價位也比較高。針對此種情況,筆者在24個學時的實驗教學過程中,安排7個實驗內容,其中最后一個專家系統的設計與實現作為一個綜合性實驗來設計。在進行實驗教學的過程中,首先參考多本Prolog程序設計教程,選擇其中與實驗教學計劃中相關的內容,專門編寫相應的電子教程,同時也結合我校學生本身的特點[4],有側重地體現和編寫,總的目的是給學生一份完整的、系統的、規范的電子教程。這樣做的目的是:一方面作為學生參考的技術文檔;另一方面也可以節省學生的部分經濟開支。電子教程的結構分為三個部分來完成,首先為人工智能理論及原理,Prolog語言的使用說明;其次具體的例子演示(均經過調試正常運行);最后為布置給學生具體的實驗內容及相關題目,以提供給學生自己動手實踐的機會。此外在實驗教學過程中,同時也會給學生們自由發揮的機會,比如專家系統的設計與實現作為一個綜合性實驗,學生可以采用Prolog編程實現,也可以采用其他自己擅長的程序設計語言,例如有的同學選擇C語言、VC++、Visual Basic、Java及網頁開發設計語言ASP/JSP等,此外在實驗內容方面,實驗遞交的專家系統涉及多個領域(有動物辨別、醫療診斷、動物養殖咨詢等專家系統)、范圍也頗廣,實驗內容重復性很小,在設計過程中,絕大部分同學均是結合自己的興趣愛好來完成設計。
4結語
人工智能的研究成果將能夠創造出更多、更高級的智能“制品”,并使之在越來越多的領域超越人類智能,同時將為發展國民經濟和改善人類生活做出更大的貢獻。作為一名當代的大學生有必要學好這門課程,但是根據實際教學情況,教師與學生仍然需要繼續進行相應的研究與發展,只有不斷地探索和提高,才能使我們的教學工作更上一層樓,才能培養出符合時代和社會需求的人才。另外人工智能與農業等方面存在很多結合應用的契機,這樣計算機就可真正地服務于社會、服務于人類、服務于農業、應用于農業、發展農業。
參考文獻:
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Study of the Artificial Intelligence Teaching Methods
HAN Jie-qiong1, YU Yong-quan2
(1. School of Computer Science and Engineering, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China;
2. School of Computer, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510075, China)
計算機視覺教程范文6
關鍵詞：視頻監控；開發實驗室；校園一卡通；管理系統
中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）03-00-03
0 引 言
隨著教學改革的不斷深入， 各高校逐步開展實驗室的開放建設工程[1]，實驗室的開放不僅能為學生提供更多自主發展和實踐鍛煉的空間，還能極大地提高儀器設備的利用率，在時間和空間上彌補設備數量的不足。目前高校開放實驗室一般采用人工管理或者“ID+密碼”的管理模式[2]，這種模式需要使用者記憶密碼、 賬號， 這不僅增加了記憶負擔， 也容易被冒名頂替[3]。此外，也有高校采用控制機柜來控制實驗設備供電， 這種方式不但增加了實驗室布線的難度， 也不利于實驗室的改建。
基于以上問題，本文提出了一種基于視頻與校園一卡通的實驗室管理系統。本系統以Cortex-A9核為核心，可同時從四個USB接口攝像頭獲取視頻并對其作出三種處理：（1）將視頻在高清電視上顯示，方便學生們相互監督；（2）通過網絡同時將視頻傳輸到服務器，對實驗室實現遠程監控；（3）對采集到的視頻進行處理，對開放實驗室中人員有無和一些特殊狀況作出報警提示或控制相關設備工作。以上措施有助于提高實驗室的安全性和管理效率，為實驗室高智能、高效率地全天候開放提供保障。
1 系統整體設計方案
系統包括硬件和軟件兩大部分，其整體結構框圖如圖1所示。
硬件系統包括ARM核心控制單元、視頻模塊、校園一卡通模塊和報警提示模塊。ARM核心控制單元是整個開放式實驗室的中樞和主要處理管理系統；視頻模塊主要是指通過攝像頭獲取視頻并將其在顯示器上顯示出來，同時通過網絡將視頻上傳至服務器，實現對實驗室的遠程監控；校園一卡通模塊主要是指通過藍牙與控制核心Cortex-A9進行通信，用以實現學生身份的驗證、實驗室門禁和電源的管理[4]；報警提示模塊主要是指對開放實驗室中人員有無和一些特殊狀況作出報警提示或控制相關設備工作。
軟件系統包括ARM核心控制單元的應用程序和視頻模塊的應用程序。主要完成對校園一卡通模塊和報警提示模塊的控制以及視頻模塊自身的設計。
2 系統硬件設計
設計的開放實驗室管理系統硬件結構框圖如圖2所示，本系統主要由三大部分組成，包括視頻的獲取、顯示、處理和傳輸模塊，校園一卡通模塊和報警提示模塊。
以Cortex-A9作為內核的4核Exynos 4412處理器是本系統的核心，實現的功能包括：通過USB接口驅動四個攝像頭同時工作，捕獲視頻流；通過高清晰度多媒體接口HDMI將四個攝像頭捕獲的視頻經融合后在高清電視上顯示；通過Exynos 4412自身強大的硬件編解碼功能，可支持MPEG-1/2/4，H.263，H.264等格式視頻的編解碼[5]，并對捕獲的視頻進行H.264編碼，然后通過網口將視頻傳輸到PC機，實現遠程監控；對捕獲的視頻流中幀頻的第1幀圖像進行圖像處理，獲得當前實驗室的信息，為報警提示模塊提供依據；通過串口控制藍牙模塊和校園一卡通模塊的通信，獲取實驗人員個人信息。
校園一卡通模塊可通過RFID讀卡器讀取學生的一卡通數據，獲取學生身份，然后通過藍牙將數據上傳到Exynos 4412核心控制單元對其進行身份驗證，若通過驗證，門禁系統打開；在試驗臺通過校園一卡通也可打開電源，反之亦然。
報警提示模塊由GPRS、高亮LED燈和揚聲器組成，GPRS用于特殊情況下緊急通知實驗管理員，LED燈和揚聲器用于提示和報警。
3 系統軟件設計
3.1 ARM核心控制單元的軟件設計
本單元軟件設計的主要功能是實現對學生校園一卡通信息的采集、存儲和對比，實現校園一卡通信息對比后能夠顯示該生的基本信息以及實驗次數和實驗總時長，最后顯示自動分配好的試驗臺號碼。通過建立以下五個任務來完成該單元的功能。其任務流程圖如圖3所示。
（1）系統啟動任務。用于硬件初始化，建立其他工程任務和所需要的消息郵箱、信號量、事件標志組等，初始化所有用到的消息變量。
（2）鍵盤任務。用于讀取查詢當前按鍵值，調用相應的函數，執行相應操作，并更新顯示。
（3）實時時鐘任務。用于更新當前的時間顯示。
（4）揚聲器任務。用于對系統各種報警提示，任務一直循環等待郵箱消息，若有系統郵箱消息，則用揚聲器播放相應的郵箱消息。
（5）校園一卡通識別任務。循環等待是否有新的校園一卡通數據輸入對比。將比對結果作為索引來查詢存儲器中是否有該生相關信息，找到后根據當前實驗臺使用情況按空閑實驗臺號從小到大的順序分配，并存儲該學生的實驗信息和出入時間。
3.2 視頻模塊的軟件設計
視頻模塊的軟件運行在Linux操作系統上，涉及到Linux底層驅動、上層應用庫的移植等。
3.2.1 HDMI驅動分析
HDMI是首個支持在單線纜上傳輸， 不經過壓縮的全數字高清晰度多聲道音頻和智能格式與控制命令數據的數字接口，采用最小化傳輸差分信號TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）技術傳輸信號[6]。此外，在Exynos 4412處理器上的HDMI模塊是1.4版，在Linux 3.0.8內核中的HDMI作為TV_OUT的一部分，驅動框架如圖4所示。
由HDMI驅動框架圖可知，HDMI作為TV_OUT的一部分，當TV_OUT驅動在內核注冊時，HDMI作為TV_OUT的一個子系統被初始化。當TV_OUT的探針函數：static int __devinit s5p_tv_probe（struct platform_device *pdev）在內核被執行時，會調用HDMI相關初始化函數s5p_hdmi_probe（pdev，3， 4），并且同時注冊一個符合V4L2標準的設備。因此用戶空間對HDMI設備（VideoL4）的基本操作，如設置分辨、顯示頻率等操作符合V4L2標準操作。而CEC HDCP DDC HPD作為HDMI的組件，他們的驅動實現為HDMI驅動的實現提供函數接口（HDCP、DDC、HPD這三個組件的驅動會互相暴露函數調用），也為用戶空間提供了操作這個組件的方法（HPD、CEC這兩個組件的驅動向用戶空間提供了操作方法）。此外，Linux內核將幀緩沖內存直接映射到HDMI顯示緩沖區中，實現HDMI顯示數據的不斷更新，因此在應用程序中，只需要向幀緩沖區Framebuffer中寫入圖像數據就會通過HDMI輸出到顯示設備上。
3.2.2 OpenCV的移植
OpenCV是由Intel公司發起并參與開發且在近年來迅速普及的計算機視覺研究工具，是個跨平臺的計算機視覺庫[7]。它采用源代碼開發，輕量且高效，并提供了非常豐富的幀提取函數和視覺處理算法，使開發者可以在其視頻開發或圖像處理項目中直接調用進行算法移植并添加自己編寫的程序，達到事半功倍的效果[8]。移植過程為：首先從官網下載源碼包，然后根據嵌入式ARM系統安裝步驟安裝交叉編譯器、參數配置和編譯，最后測試。在實際使用時，發現較高的版本如OpenCV2.3.1等在本平臺上存在不穩定現象，所以最終使用的版本為OpenCV2.2。
3.2.3 視頻的獲取顯示傳輸
本設計中視頻流是從四個USB攝像頭獲取，融合后要在同一個高清顯示器上分塊顯示，還要分別對四個通道的視頻進行H.264編碼傳輸和處理等，因此為了滿足實時性，本設計的應用程序采用了多線程方案，具體框架圖如圖5所示。
應用程序首先通過int open（const char *pathname， int oflag， ... ）函數打開攝像頭和HDMI設備，再通過int ioctl（int fd， ind cmd， …）對設備參數（如分辨率、數據模式等）進行設置，完成視頻系統中各個模塊的初始化。攝像頭采集線程通過命令“VIDIOC_DQBUF” 把數據從緩存中讀取出來存入v4l2_buffer結構體，同時對采集到的數據按時間順序編號，然后將數據復制，分別傳輸到圖像融合線程、H.264線程和圖像處理線程[9]。圖像融合線程首先將每一幀圖像的像素縮放到480×270，然后將得到的數據重新融合為一個新的數據，并將數據傳輸到視頻顯示線程，視頻顯示線程則把得到的新圖像寫入Framebuffer中，實現一幀數據的顯示。H.264壓縮線程分別對4個視頻流壓縮，然后將數據傳輸到網絡傳輸線程，網絡傳輸線程對數據打包并通過socket（）等函數將數據發送到PC機?？紤]到圖像處理涉及到大量的矩陣操作和Exynos 4412的性能，圖像處理線程只對幀頻中的第一幀處理[10]，為報警提示線程提供依據。
4 結 語
針對高校開放性實驗室難以管理，儀器設備利用率低等現狀，設計開發了一種基于視頻與校園一卡通的實驗室管理系統。該系統不僅可以實現同學間的相互監督，還可以實現實驗室遠程監控，并對開放實驗室中人員有無和一些特殊狀況作出報警提示或控制相關設備工作。有助于提高實驗室的安全性和管理效率，減輕工作人員的工作負擔，實現實驗室高智能、高效率地全天候開放。
參考文獻
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