《计算机视觉技术的原理2》教师手册

/章计算机视觉计算机视觉技术第2节计算机视觉技术的原理课题计算机视觉技术的原理（第2课时）建议课时3课时课型新知学习课（）原理探究课（√）综合应用课（）其它_____（）教学背景分析计算机视觉技术的原理是本章较为重要的一节内容，在前面的学习中，学生已经了解了生活中计算机视觉的应用，并能够说出计算机视觉的核心是特征提取和特征模型建构，但这些仅停留在表层认知。学生对于计算机视觉技术背后的原理知之甚少，为了更加深入的学习计算机视觉技术，本节课将通过自主阅读材料，理解人和计算机视觉的形成过程，通过实验探究，体验计算机视觉技术的工作流程，并加深对核心概念的理解。学习目标1.理解图像在计算机中是如何表示的。2.理解并说明图像的特征。学习重难点1.学习重点（1）理解图像在计算机中是如何表示的。（2）理解并说明图像的特征。2.学习难点（1）理解图像在计算机中是如何表示的。课前准备教材，教学课件，平板电脑人工智能实验平台中的“认识图像”实验，学习单，视频素材：《视频1：像素》和《视频2：图像的存储》，图片“植物石榴花.jpg”。教学过程设计教师活动学生活动环节一：新课引入教师活动：1.通过提问引导学生回顾上节课所学知识点，问题如下。（1）构成数字图像的最基本单元是_____________。（2）数字图像可以分为____________和_____________。（3）像素的亮度一般数值范围为______________。2.总结并引出衡量数字图像质量的因素。学生活动：1.学生思考并回答问题。（1）像素。（2）单色图像，彩色图像。（3）0~255。2.了解衡量数字图像质量的因素。设计意图：通过回顾旧知，建立前后知识间的联系。 环节二：新知学习教师活动：1.组织学习活动1：观察影响图像质量的因素。（1）教师在PPT中，打开“设置图片格式”窗口，改变图片的清晰度、对比度、颜色饱和度，让学生观察图片的变化。（2）要求学生结合教材和实验观察，完成学习单问题1。（3）组织学生进行汇报。2.结合实验观察，详细介绍灰度级、层级、对比度、清晰度、空间分辨率等概念的含义。3.组织学习活动2：观察图像的基本属性。（1）学生4-6人一组。（2）说明活动步骤与要求：打开平板人工智能实验平台→选择“认识图像”→观察图像的“基本属性”。调整图像的位深和图像尺寸，观察图像存储大小的变化，并完成分析思考题。（3）解释实验平台中位深的概念。（4）对于平台操作不太熟悉的同学，教师可以播放视频《像素》和《图像的存储》，详细介绍操作流程。（5）组织学生进行汇报，并进行总结。4.在学生理解图像存储大小的基础上，详细介绍图像编码标准。5.启发学生思考如何区分猫和狗？通过学生的回答，总结人是根据狗和猫的不同特征来对其进行分类的，引出计算机通过特征提取，对图像进行分类。6.介绍图像特征的种类以及计算机特征提取的过程。7.组织学习活动3：观察图像的特征。（1）学生4-6人一组。（2）说明活动步骤与要求：上网下载2张狗的照片，2张猫的照片（PPT中准备了4张图片供学生参考）；打开平板人工智能实验平台→选择“认识图像”→观察“图像特征”；更换一张狗的照片，观察它的颜色特征、轮廓特征和纹理特征；对比2张狗的照片，观察其相似度，对比狗和猫的照片，观察其相似度，完成学习单问题2。（3）课堂巡视，解决小组合作中存在的问题。（4）组织学生进行汇报，进行活动总结。8.详细介绍图像的颜色特征、轮廓特征和纹理特征的含义及其在具体图像分类案例中的应用。结合活动3得出的实验结论，即使用颜色特征、纹理特征，不能太有效的将狗和猫区分开。再次强调一个好的特征应与其他特征之间有明显的差异，一般要根据具体问题选择特征提取方法。学生活动：1.开展学习活动1：观察影响图像质量的因素。（1）观察图片的清晰度、对比度、颜色饱和度改变后，图片的变化。（2）阅读教材，完成学习单问题1。（3）举手发言，汇报学习成果。2.跟随教师的思路，系统了解灰度级、层次、对比度、清晰度、空间分辨率等概念的含义。3.开展学习活动2：观察图像的基本属性。（1）组织分工。（2）了解活动步骤与要求。（3）初次尝试，了解位深的概念。（4）观看视频《像素》和《图像的存储》，了解操作流程。（5）举手发言，汇报学习成果。4.了解图像编码标准。5.学生思考并回答：体型、耳朵、鼻子等。6.了解图像特征的种类以及计算机特征提取的过程。7.开展学习活动3：观察图像的特征。（1）组织分工。（2）了解活动步骤与要求。（3）下载图片或平板拍下PPT中的4张图片，开展实验，观察图像的特征，并完成学习单问题2。（4）举手发言，汇报学习结果。8.跟随教师的思路，系统了解图像的颜色特征、轮廓特征和纹理特征的含义及其在具体图像分类案例中的应用。结合活动3的感知体验，理解一个好的特征应与其他特征之间有明显的差异。设计意图：通过学习活动1，直观感受图片的清晰度、对比度、颜色饱和度变化对图像质量的影响，加深学生对概念的理解。通过学习活动2，对彩色图像的RGB编码以及图像分辨率更深入的认识。以人如何区分狗和猫为例，通过学习活动3，让学生观察狗的图像特征，对比2幅图像的相似度，理解计算机特征提取时，好的特征应与其他特征之间有明显的差异，一般要根据具体问题选择特征提取方法。环节三：总结归纳教师活动：1.通过提问引导学生回顾本节课所学知识点，问题如下：（1）请分别说说图像的对比度、清晰度、空间分辨率的含义？（2）图像可以直观感受的自然特征有哪些？学生活动：1.学生回答问题，进行课堂总结。设计意图：通过提问帮助学生回忆本节课所学内容，检验学生学习效果、巩固新知。学习评价评价任务（详见学习单问题2）：根据实验观察，结合教材，对图像的特征进行解释，填写你的实验数据。（10分）图像的特征含义解释颜色特征纹理特征轮廓特征相似度检测（填入你的实验数据）相似检测第1轮：比较2只狗第2轮：比较狗和猫最终相似度颜色相似度纹理相似度你的发现：评价标准：表格总共有10空，每空1分，总分10分。图像的特征含义解释颜色特征用来描述图像或图像区域中，不同色彩在整幅图像中占的比例。纹理特征描述图像或者图像区域所对应景物的表面性质。轮廓特征用来描述图像中事物的轮廓。相似度检测（填入你的实验数据）相似检测第1轮：比较2只狗第2轮：比较狗和猫最终相似度70%68%颜色相似度53%49%纹理相似度87%87%你的发现：使用颜色特征、纹理特征，不能太有效的将狗和猫区分开。《计算机视觉技术的原理》学习单组别：组员：课时课时2问题1：根据实验观察，结合教材，对下列概念进行解释。影响数字图像质量的因素含义解释层次表示数字图像实际拥有灰度级的数量。对比度是指一幅数字图像中灰度反差的大小。清晰度是指一幅数字图像的清晰程度，与数字图像的亮度、对比度、尺寸、细微层次、颜色饱和度相关。空间分辨率是指图像中每单位长度所包含的像素数目，一般用像素/英寸（pixelsperinch，PPI）为单位来表示。问题2：根据实验观察，结合教材，对图像的特征进行解释，填写你的实验数据。图像的特征含义解释颜色特征用来描述图像或图像区域中，不同色彩在整幅图像中占的比例。纹理特征描述图像或者图像区域所