面向生產(chǎn)實踐的機器視覺課程教學探索與實踐

1、    面向生產(chǎn)實踐的機器視覺課程教學探索與實踐    閔鋒魯統(tǒng)偉摘 要：分析教學過程中存在的問題，針對機器視覺課堂教學與實踐教學環(huán)節(jié)，提出改進的教學方法，闡述如何選擇教材，恰當組織教學和實驗內(nèi)容，高效運用多媒體教學手段，激發(fā)學生的學習興趣。關(guān)鍵詞：機器視覺；圖像處理；教學改革0 引 言隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和攝像頭的大量普及，機器視覺在許多新的領(lǐng)域不斷得到應用，目前機器視覺已成為機器人、生產(chǎn)線乃至社會生活的一部分。機器視覺簡單來說就是用機器代替人眼做測量和判斷，一個完整的機器視覺系統(tǒng)通常使用攝像頭等設備進行圖像或視頻的獲取，然后使用計算機對其進行理解

2、，最后做出系統(tǒng)需要的判斷1。機器視覺已成為圖像和視頻處理從業(yè)人員的必備素質(zhì)之一，也是我院智能科學與技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)方向課。1 課堂教學改革機器視覺屬于交叉性學科，內(nèi)容涉及廣，且大多算法在學習時需要一定的數(shù)學基礎，若采用傳統(tǒng)教學方法，學生難以理解，且容易陷入復雜的數(shù)學公式中而脫離實際2。學生往往開始學時興趣極大，學到中間一知半解，最后是一頭霧水，消極應對。1.1 選擇教材機器視覺這門課一般是大三下學期開設，選擇教材時需要兼顧本科畢業(yè)就業(yè)和考研兩部分學生的需求。對于本科畢業(yè)就要參加工作的同學而言，需要“廣度”，需要了解這門課在各個領(lǐng)域中的應用，在實際中接觸到相關(guān)的項目或工作時，能夠知道去哪里找到

3、自己需要的參考資料；而對于要進一步深造的同學而言，則需要一定的“深度”，為研究生階段的研究打下基礎3。同時，機器視覺與圖像處理關(guān)系密切，需要圖像處理的知識作為理論基礎，并在此基礎上應用于實踐?；谝陨峡紤]，我們選擇了清華大學出版社2012年出版的圖像處理與計算機視覺算法及應用4作為教材，作者是帕科爾，譯者景麗。有讀者這樣評價：“這本書，通過圖示、數(shù)學公式、文字描述，并配有恰當?shù)拇a內(nèi)容讓讀者了解圖像處理與計算機視覺算法的原理。對著源碼學習是最有效的方式，對著本書，讀著源碼，相信讀者會進步神速。這本書是圖像處理人員的必備書籍！”配有源碼是這本書的最大特色，源碼大部分是c語言編寫的，采用了open

4、cv1.0的接口，有很強的實用性。1.2 組織教學內(nèi)容圖像處理與計算機視覺算法及應用一書共有11章，有些章節(jié)部分的內(nèi)容與數(shù)字圖像處理課程的內(nèi)容重合，考慮到僅有20個學時，只選取了這本書的第一章視覺系統(tǒng)實踐、第四章灰階分割、第五章紋理和色彩、第八章分類、第九章符號識別和第十章基于內(nèi)容的搜索作為授課內(nèi)容。第一、四、五章的內(nèi)容與數(shù)字圖像處理密切相關(guān)，起到復習鞏固以前所學知識的作用，讓學生快速進入學習狀態(tài)，只占總學時的1/3；第八、九、十章的內(nèi)容屬于機器視覺，是這門課的重點，占總學時的2/3。授課時，對一些機器視覺的基本概念如特征、模式、距離度量、訓練和測試等要作詳細的解釋，對一些經(jīng)典算法如svm和b

5、oosting要作深入淺出的講解，并將這些算法應用于實踐如光學字符識別（optical character recognition， ocr）、人臉檢測等，讓學生對所學的算法進一步加深理解，理論聯(lián)系實踐。1.3 多媒體教學機器視覺算法理論性強，抽象，不易理解，單純采用文字敘述和公式推導的教學手段，學生看不見，摸不著，教學效果并不好。多媒體教學可以制作算法的動畫仿真演示，分解算法步驟，用圖片展示算法效果，使抽象難懂的原理公式變成具體生動的畫面，相比老師的語言陳述，能更加吸引學生的注意，加深理解。如講解boosting算法應用時，可以以人臉檢測為例，先播放一段講授人臉檢測原理與應用的視頻，然后現(xiàn)場

6、演示程序，讓學生上講臺，對著攝像頭運動，展示人臉檢測的效果。這樣的演示很受歡迎，能極大地激發(fā)他們的學習興趣和提升對獲取知識的渴求度。1.4 引導問答式教學隨著智能手機的普及，學生基本是人手一臺，授課時如不能吸引注意力，學生很容易開小差。傳統(tǒng)授課滿堂灌方式，會導致課堂效果猶如一潭死水，毫無生氣，老師在講臺上講得累死，學生在底下玩手機，自娛自樂。所以要提倡引導問答式教學，增加老師與學生之間的互動，通過提問引導學生去思考，激發(fā)其求知欲，形成探究性學習風氣，充分調(diào)動學生的學習積極性和主觀能動性。2 實踐教學改革實踐教學是課堂教學的深化和補充，學生在實踐環(huán)節(jié)將課堂教學學到的知識加以運用，有助于知識的理解

7、和掌握。傳統(tǒng)的實踐教學內(nèi)容大多為驗證型實驗，與實際應用差距較大，對于基礎差的學生來說，有點難又沒有興趣，不愿意做；對于基礎好的學生來說，簡單又沒有挑戰(zhàn)性，敷衍了事；缺乏綜合性實驗，對學生綜合應用能力、創(chuàng)新能力和解決實際問題能力的培養(yǎng)不夠。2.1 組織實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容要與課堂教學內(nèi)容緊密聯(lián)系在一起，難度要適中，并且要有一定的實際應用，能夠引起學生的興趣?；谝陨峡紤]，我們組織了表1所列的實驗內(nèi)容。2.2 考核實驗效果為了保證實驗的質(zhì)量，加強對實驗的管理，每一次實驗前都要求學生寫出實驗方案，實驗中檢查學生完成情況，有問題及時解答；實驗后完成相應的實驗報告，將核心代碼和實驗結(jié)果貼在實驗報告上。老師根

8、據(jù)學生完成實驗報告的情況給出評分和評語，并計入平時成績中。由于老師重視，準備充分，大部分學生都能獨自完成實驗，并且感覺收獲很大，動手能力得到了提高。課后的補充實驗涉及很多工業(yè)視覺中的實際問題，比如電路板的焊點問題、光源問題、攝像機的選型等，對同學們的觸動很大，開拓了視野，為以后的工作打下了堅實的基礎。3 結(jié) 語機器視覺是一門不斷發(fā)展的交叉學科，其應用領(lǐng)域也越來越廣，要求機器視覺課程的內(nèi)容不斷更新，教學方法和教學模式也要不斷改進。經(jīng)過多年的教學摸索，我們認為，選擇合適的教材，恰當組織教學和實驗內(nèi)容，使用多媒體教學手段，提倡引導問答式教學，增加老師與學生之間的互動，對講好機器視覺這門課，非常有益。參考文獻：1 韓九強. 機器視覺技術(shù)及應用m. 北京： 高等教育出版社， 2009.2 劉釗， 胡佳， 吳懷宇. 機器視覺仿真實驗平臺的研究與設計j. 教育教學論壇， 2012（10）： 210-212.3 韓